Persamaan Kinematika — Penjelasan 4 Rumus SUVAT

Persamaan kinematika adalah sekumpulan rumus untuk gerak dengan percepatan konstan. Jika percepatan berubah selama gerak berlangsung, rumus-rumus ini tidak berlaku dalam bentuk standarnya.

Di banyak mata kuliah, persamaan ini disebut persamaan SUVAT karena menghubungkan lima variabel:

• $s$: perpindahan
• $u$: kecepatan awal
• $v$: kecepatan akhir
• $a$: percepatan
• $t$: waktu

Jika Anda mengetahui tiga di antaranya dan percepatannya konstan, salah satu persamaan ini sering dapat langsung memberi nilai variabel keempat.

4 Rumus SUVAT Standar

Untuk gerak satu dimensi dengan percepatan konstan:

$$v = u + at$$ $$s = ut + \frac{1}{2}at^2$$ $$v^2 = u^2 + 2as$$ $$s = \frac{u + v}{2}t$$

Rumus-rumus ini saling berkaitan erat, jadi Anda tidak perlu menghafalnya sebagai fakta-fakta terpisah tanpa konteks. Masing-masing hanyalah cara berbeda untuk menghubungkan variabel gerak yang sama.

Kegunaan Tiap Rumus

Gunakan $v = u + at$ ketika Anda ingin menghubungkan perubahan kecepatan dengan waktu.

Gunakan $s = ut + \frac{1}{2}at^2$ ketika Anda membutuhkan perpindahan selama selang waktu yang diketahui.

Gunakan $v^2 = u^2 + 2as$ ketika waktu tidak diketahui dan Anda ingin menghindari mencari nilainya terlebih dahulu.

Gunakan $s = \frac{u + v}{2}t$ ketika Anda mengetahui kecepatan awal dan akhir lalu ingin mencari perpindahan dari kecepatan rata-rata. Ini berlaku karena, pada percepatan konstan, kecepatan berubah secara linear terhadap waktu.

Syarat yang Paling Penting

Kesalahan yang paling umum adalah menggunakan persamaan ini saat percepatan tidak konstan.

Sebagai contoh, persamaan ini bekerja dengan baik untuk jatuh bebas ideal di dekat permukaan Bumi jika hambatan udara diabaikan, karena percepatannya dapat dianggap konstan. Namun, persamaan ini tidak secara langsung menggambarkan gerak ketika percepatan sangat bergantung pada waktu, kecepatan, atau posisi, kecuali jika geraknya dipecah menjadi bagian-bagian yang lebih sederhana atau dianalisis dengan kalkulus.

Satu Contoh Soal

Sebuah mobil mulai dari keadaan diam dan dipercepat dalam garis lurus dengan $2\ \mathrm{m/s^2}$ selama $5\ \mathrm{s}$. Tentukan kecepatan akhirnya dan perpindahannya.

Di sini, nilai yang diketahui adalah

$$u = 0,\quad a = 2\ \mathrm{m/s^2},\quad t = 5\ \mathrm{s}$$

Pertama, cari kecepatan akhir:

$$v = u + at = 0 + (2)(5) = 10\ \mathrm{m/s}$$

Sekarang cari perpindahannya:

$$s = ut + \frac{1}{2}at^2$$ $$s = 0 + \frac{1}{2}(2)(5^2) = 25\ \mathrm{m}$$

Jadi setelah $5$ detik, mobil bergerak dengan kecepatan $10\ \mathrm{m/s}$ dan telah menempuh perpindahan $25\ \mathrm{m}$.

Contoh ini sederhana, tetapi menunjukkan pola praktisnya: tentukan apa yang diketahui, pilih persamaan yang sesuai, lalu selesaikan hanya untuk variabel yang dibutuhkan.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Tertukar antara kecepatan dan percepatan

Kecepatan menyatakan seberapa cepat posisi berubah. Percepatan menyatakan seberapa cepat kecepatan berubah. Jika kedua peran ini tertukar, pemilihan persamaan biasanya langsung menjadi salah.

Mengabaikan konvensi tanda

Arah itu penting. Jika arah ke atas dianggap positif, maka percepatan ke bawah pada jatuh bebas harus bernilai negatif. Tanda yang salah bisa menghasilkan jawaban yang secara angka tampak benar besarannya, tetapi salah secara fisik.

Menggunakan rumus yang tidak sesuai dengan data yang diketahui

Jika waktu tidak diketahui, $v^2 = u^2 + 2as$ sering menjadi pilihan paling sederhana. Menyelesaikan soal dengan rumus yang menambahkan satu variabel tak diketahui lagi biasanya hanya membuat aljabar menjadi tidak perlu rumit.

Menganggap jarak dan perpindahan itu sama

Dalam persamaan ini, $s$ adalah perpindahan, bukan panjang lintasan total. Perbedaan ini penting setiap kali arah gerak berubah.

Di Mana Persamaan Kinematika Digunakan

Rumus-rumus ini muncul dalam mekanika dasar, gerak kendaraan, gerak peluru yang dipecah menjadi komponen horizontal dan vertikal, serta soal jatuh bebas. Persamaan ini sangat berguna pada tahap ketika Anda ingin mendeskripsikan gerak secara langsung, sebelum melibatkan hukum Newton atau metode energi.

Persamaan ini juga menjadi uji pemahaman fisika yang baik: jika Anda bisa mengenali variabel mana yang tidak diketahui dan persamaan mana yang menghindarinya, soal biasanya menjadi jauh lebih mudah.

Langkah Praktis Berikutnya

Cobalah versi Anda sendiri dari contoh tadi dengan mengubah satu nilai saja, misalnya menjadikan percepatan $3\ \mathrm{m/s^2}$ atau waktu $4\ \mathrm{s}$, lalu prediksi apa yang akan terjadi sebelum menghitungnya. Jika Anda ingin mengeksplorasi kasus percepatan konstan lain dengan angka Anda sendiri, selesaikan soal serupa dengan GPAI Solver.