Kecepatan relatif: konsep, contoh, latihan

Kecepatan relatif suatu benda adalah yang diukur terhadap pengamat tertentu, karena pengamat lain dapat memperoleh pengukuran yang berbeda. Kecepatan selalu tergantung pada pengamat yang mengukurnya.

Oleh karena itu, kecepatan suatu benda yang diukur oleh orang tertentu akan menjadi kecepatan relatif terhadapnya. Pengamat lain dapat memperoleh nilai kecepatan yang berbeda, bahkan jika itu adalah objek yang sama.

Gambar 1. Skema yang merepresentasikan titik P yang bergerak, dilihat dari sistem referensi A dan B. Sumber: elaborasi sendiri.

Karena dua pengamat A dan B yang bergerak relatif satu sama lain dapat memiliki pengukuran yang berbeda dari benda ketiga yang bergerak P, maka perlu dicari hubungan antara posisi dan kecepatan P yang dilihat oleh A dan B.

Gambar 1 menunjukkan dua pengamat A dan B dengan sistem referensi masing-masing, dari mana mereka mengukur posisi dan kecepatan objek P.

Setiap pengamat A dan B mengukur posisi dan kecepatan benda P pada saat tertentu t . Dalam relativitas klasik (atau Galilea), waktu bagi pengamat A sama dengan waktu bagi pengamat B terlepas dari kecepatan relatifnya.

Artikel ini adalah tentang relativitas klasik yang valid dan dapat diterapkan pada sebagian besar situasi sehari-hari di mana objek memiliki kecepatan jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya.

Kita menyatakan posisi pengamat B terhadap A sebagai r BA . Karena posisi adalah besaran vektor, kita menggunakan huruf tebal untuk menunjukkannya. Posisi benda P terhadap A dinotasikan sebagai r PA dan posisi benda P yang sama terhadap B r PB .

Hubungan antara posisi relatif dan kecepatan

Ada hubungan vektor antara ketiga posisi ini yang dapat disimpulkan dari representasi pada gambar 1:

r PA = r PB + r BA

Jika kita mengambil turunan dari ekspresi sebelumnya terhadap waktu t kita akan memperoleh hubungan antara kecepatan relatif masing-masing pengamat:

V PA = V PB + V BA

Dalam ekspresi sebelumnya kita memiliki kecepatan relatif P terhadap A sebagai fungsi dari kecepatan relatif P terhadap B dan kecepatan relatif B terhadap A.

Demikian pula, kecepatan relatif P relatif terhadap B dapat ditulis sebagai fungsi kecepatan relatif P relatif terhadap A dan kecepatan relatif A relatif terhadap B.

V PB = V PA + V AB

Perlu dicatat bahwa kecepatan relatif A terhadap B sama dengan dan berlawanan dengan kecepatan relatif B terhadap A:

V AB = – V BA

Beginilah cara seorang anak melihatnya dari mobil yang bergerak

Sebuah mobil berjalan di jalan yang lurus, dari barat ke timur, dengan kecepatan 80 km/jam sedangkan dari arah berlawanan (dan dari jalur lain) datang sepeda motor dengan kecepatan 100 km/jam.

Seorang anak sedang berjalan di jok belakang mobil yang ingin mengetahui kelajuan relatif sepeda motor yang mendekatinya. Untuk mengetahui jawabannya, anak akan menerapkan hubungan yang baru saja ia baca pada bagian sebelumnya, dengan mengidentifikasi setiap sistem koordinat sebagai berikut:

  • -A adalah sistem koordinat pengamat di jalan dan kecepatan setiap kendaraan telah diukur sehubungan dengan itu.
  • -B adalah mobil dan P adalah sepeda motor.

Jika Anda ingin menghitung kecepatan sepeda motor P terhadap mobil B, hubungan berikut akan diterapkan:

V PB = V PA + V AB = V PA – V BA

Mengambil arah barat-timur sebagai positif kita miliki:

V PB = (-100 km / jam – 80 km / jam) i = -180 km / jam i

Hasil ini ditafsirkan sebagai berikut: sepeda motor bergerak terhadap mobil dengan kecepatan 180 km / jam dan dalam arah – i , yaitu dari timur ke barat.

Kecepatan relatif antara sepeda motor dan mobil

Sepeda motor dan mobil saling bersilangan mengikuti jalurnya masing-masing. Anak yang duduk di jok belakang mobil melihat sepeda motor menjauh dan sekarang ingin tahu seberapa cepat sepeda itu menjauh darinya, dengan asumsi bahwa sepeda motor dan mobil mempertahankan kecepatan yang sama seperti sebelum menyeberang.

Untuk mengetahui jawabannya, anak menerapkan hubungan yang sama yang digunakan sebelumnya:

V PB = V PA + V AB = V PA – V BA

V PB = -100 km / jam i – 80 km / jam i = -180 km / jam i

Dan sekarang sepeda itu bergerak menjauh dari mobil dengan kecepatan relatif yang sama dengan yang didekatinya sebelum mereka menyeberang.

Sepeda motor yang sama dari bagian 2 dikembalikan dengan kecepatan yang sama yaitu 100 km/jam tetapi berubah arah. Dengan kata lain, mobil (yang terus melaju dengan kecepatan 80 km/jam) dan sepeda motor keduanya bergerak positif ke arah timur-barat.

Pada titik tertentu sepeda motor melewati mobil, dan anak yang duduk di jok belakang mobil ingin mengetahui kecepatan relatif sepeda motor terhadapnya ketika ia melihatnya lewat.

Untuk mendapatkan jawabannya, anak menerapkan kembali hubungan gerak relatif:

V PB = V PA + V AB = V PA – V BA

V PB = +100 km / jam i – 80 km / jam i = 20 km / jam i

Anak dari jok belakang melihat sepeda motor menyalip mobil dengan kecepatan 20 km/jam.

-Soal terselesaikan

Latihan 1

Sebuah perahu motor melintasi sungai yang lebarnya 600 m dan mengalir dari utara ke selatan. Kecepatan aliran sungai adalah 3 m/s. Kecepatan perahu relatif terhadap air sungai adalah 4 m/s ke arah timur.

(i) Tentukan kecepatan perahu relatif terhadap tepi sungai.

(ii) Tunjukkan kecepatan dan arah perahu relatif terhadap daratan.

(iii) Hitung waktu crossover.

(iv) Berapa banyak itu akan bergerak ke selatan sehubungan dengan titik awal.

Penyelesaian

Gambar 2. Perahu menyeberangi sungai (Latihan 1). Sumber: buatan sendiri.

Ada dua sistem referensi: sistem referensi solidaritas di tepi sungai yang akan kita sebut 1 dan sistem referensi 2, yang merupakan pengamat yang mengambang di atas air sungai. Objek penelitian adalah perahu B.

Kecepatan perahu relatif terhadap sungai ditulis dalam bentuk vektor sebagai berikut:

VB2 = 4 i m / s

Kecepatan pengamat 2 (rakit di sungai) terhadap pengamat 1 (di darat):

V21 = -3 j m / s

Anda ingin mencari kecepatan perahu relatif terhadap tanah VB1 .

VB1 = VB2 + V21

Jawab i

VB1 = (4 i – 3 j ) m / s

Kecepatan perahu akan menjadi modulus dari kecepatan sebelumnya:

| VB1 | = (42 + (-3) 2) = 5 m / s

jawaban ii

Dan alamatnya akan menjadi:

= arctan (-¾) = -36,87º

jawaban iii

Waktu penyeberangan perahu adalah perbandingan antara lebar sungai dengan komponen x kecepatan perahu terhadap daratan.

t = (600m) / (4 m / s) = 150 s

Jawaban iv

Untuk menghitung drift yang dimiliki perahu ke selatan, komponen y dari kecepatan perahu terhadap tanah dikalikan dengan waktu penyeberangan:

d = -3 j m / s * 150 s = -450 j m

Perpindahan ke arah selatan terhadap titik awal adalah 450m.

Referensi

  1. Giancoli, D. Fisika. Prinsip dengan Kegunaan. Edisi ke-6. Aula Prentice. 80-90
  2. Resnick, R. (1999). Fisik. Volume 1. Edisi ketiga dalam bahasa Spanyol. Meksiko. Editorial Perusahaan Continental SA de CV 100-120.
  3. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Jilid 1. 7. Edisi. Meksiko. Cengage Learning Editor. 95-100.
  4. Wikipedia. Kecepatan relatif. Dipulihkan dari: wikipedia.com
  5. Wikipedia. Metode kecepatan relatif. Dipulihkan dari: wikipedia.com

Related Posts