Percepatan rata – rata adalah besaran yang menggambarkan variasi kecepatan partikel dalam selang waktu. Hal ini penting, karena menunjukkan variasi yang dialami oleh gerakan tersebut.
Untuk menyatakan besarnya ini dalam istilah matematika, perlu untuk mempertimbangkan dua kecepatan dan dua instan waktu, yang masing-masing dilambangkan sebagai v 1 dan v 2 , dan t 1 dan t 2 .
Percepatan rata-rata adalah parameter kinematik yang sangat penting. Sumber: Pixabay.
Menggabungkan nilai-nilai sesuai dengan definisi yang ditawarkan, akan diperoleh ekspresi berikut:
Dalam sistem internasional SI, satuan untuk a m adalah m / s 2 , meskipun satuan lain yang melibatkan panjang per satuan waktu kuadrat akan digunakan.
Misalnya ada km/jam yang bertuliskan “kilometer per hour and per second”. Perhatikan bahwa satuan waktu muncul dua kali. Memikirkan sebuah benda bergerak sepanjang garis lurus, itu berarti bahwa untuk setiap detik yang berlalu, benda meningkatkan kecepatannya sebesar 1 km / jam. Atau berkurang 1 km / jam untuk setiap detik yang berlalu.
Percepatan, kecepatan, dan kelajuan
Meskipun percepatan dikaitkan dengan peningkatan kecepatan, kenyataannya adalah melihat definisi dengan cermat, ternyata setiap perubahan kecepatan menyiratkan adanya percepatan.
Dan kecepatan tidak selalu selalu berubah besarnya. Mungkin saja hanya mengubah arah dan menjaga kecepatannya tetap konstan. Masih ada percepatan yang bertanggung jawab dari perubahan ini.
Contohnya adalah mobil yang melewati tikungan dengan kecepatan konstan 60 km / jam. Kendaraan mengalami percepatan, yang bertanggung jawab untuk mengubah arah kecepatan sehingga mobil mengikuti kurva. Pengemudi menerapkannya dengan menggunakan setir.
Percepatan tersebut diarahkan ke pusat jalur melengkung, untuk menjaga mobil agar tidak keluar darinya. Ia menerima nama percepatan radial atau normal. Jika percepatan radial tiba-tiba dibatalkan, mobil tidak akan dapat lagi terus berputar di tikungan dan akan terus dalam garis lurus.
Sebuah mobil yang bergerak di sekitar kurva adalah contoh gerak dalam dua dimensi, sedangkan ketika bergerak dalam garis lurus, geraknya adalah satu dimensi. Dalam hal ini, satu-satunya efek akselerasi adalah mengubah kecepatan mobil.
Percepatan ini disebut percepatan tangensial. Ini tidak eksklusif untuk gerakan satu dimensi. Mobil yang melaju di tikungan dengan kecepatan 60 km / jam dapat berakselerasi hingga 70 km / jam pada saat yang sama. Dalam hal ini pengemudi perlu menggunakan roda kemudi dan pedal akselerator.
Jika kita mempertimbangkan gerakan satu dimensi, percepatan rata-rata memiliki interpretasi geometris yang serupa dengan kecepatan rata-rata, sebagai kemiringan garis potong yang memotong kurva pada titik P dan Q dari grafik kecepatan vs. waktu.
Hal ini dapat dilihat pada gambar berikut:
Interpretasi geometris dari percepatan rata-rata. Sumber: Sumber: [CC0].
Bagaimana Percepatan Rata-rata Dihitung
Mari kita lihat beberapa contoh untuk menghitung percepatan rata-rata dalam berbagai situasi:
I) Pada saat tertentu, sebuah mobil bergerak sepanjang garis lurus memiliki kecepatan + 25 km / jam dan 120 detik kemudian memiliki kecepatan -10 km / jam. Berapa percepatan rata-ratanya?
Penyelesaian
Karena gerakannya satu dimensi, notasi vektor dapat dihilangkan, dalam hal ini:
v o = +25 km / jam = +6,94 m / s
v f = -10 km / jam = – 2,78 m / s
t = 120 s
Setiap kali Anda melakukan latihan dengan magnitudo campuran seperti ini, di mana ada jam dan detik, perlu untuk meneruskan semua nilai ke unit yang sama.
Karena merupakan gerakan satu dimensi, notasi vektor telah ditiadakan.
II) Seorang pengendara sepeda bergerak ke timur dengan laju 2,6 m/s dan 5 menit kemudian dia menuju selatan dengan kecepatan 1,8 m/s. Temukan percepatan rata-ratanya.
Penyelesaian
Pergerakannya tidak satu dimensi, oleh karena itu digunakan notasi vektor. Vektor satuan i dan j menunjukkan arah bersama dengan konvensi tanda berikut, memudahkan perhitungan:
- Utara: + j
- Selatan: – j
- Timur: + i
- Barat: – saya
v 2 = – 1,8 j m / s
v 1 = + 2,6 i m / s
t = 5 menit = 300 detik
Tanda Percepatan dalam Gerak Satu Dimensi
Seperti biasa dengan magnitudo rata-rata atau rata-rata, informasi yang diberikan bersifat global. Mereka tidak memberikan rincian tentang apa yang terjadi pada benda setiap saat, namun apa yang mereka sumbangkan masih berharga untuk deskripsi gerakan.
Dengan menggunakan tanda-tanda kecepatan dan percepatan, adalah mungkin untuk mengetahui apakah sebuah mobil yang bergerak pada garis lurus mengalami percepatan atau perlambatan. Dalam kedua situasi percepatan hadir, karena kecepatan berubah.
Berikut beberapa pertimbangan menarik mengenai tanda-tanda kedua besaran tersebut:
- Kecepatan dan akselerasi rata-rata, keduanya memiliki tanda yang sama, berarti dilihat secara global, benda bergerak semakin cepat.
- Kecepatan dan akselerasi dengan tanda yang berbeda merupakan tanda dari benda yang sudah agak mengerem.
Biasanya dianggap bahwa setiap kali itu adalah akselerasi negatif, benda mengerem. Ini benar jika kecepatan positif. Tetapi jika negatif, kecepatannya justru meningkat.
Seperti biasa ketika mempelajari gerakan, Anda memikirkan kasus-kasus khusus. Misalnya, apa yang terjadi ketika percepatan rata-rata adalah nol? Apakah ini berarti bahwa benda selalu menjaga kecepatannya tetap konstan?
Jawabannya adalah tidak. Benda dapat memvariasikan kecepatannya dalam interval yang dipertimbangkan, tetapi kecepatan awal dan akhir adalah sama. Saat ini detail dari apa yang terjadi dalam interval tidak diketahui, karena percepatan rata-rata tidak memberikan informasi lebih lanjut.
Bagaimana jika percepatan rata-rata a m sama dengan percepatan a pada setiap titik dalam selang waktu? Ini adalah situasi yang sangat menarik yang disebut Uniformly Varied Rectilinear Motion atau disingkat MRUV.
Ini berarti bahwa kecepatan berubah secara seragam dari waktu ke waktu. Oleh karena itu percepatannya tetap. Di alam ada gerakan seperti itu, yang akrab bagi semua orang: jatuh bebas.
Jatuh bebas: gerakan dengan percepatan konstan
Adalah fakta yang diketahui bahwa bumi menarik benda-benda ke arah pusatnya dan bahwa ketika seseorang dilepaskan pada ketinggian tertentu, ia mengalami percepatan gravitasi, yang nilainya kira-kira konstan dan sama dengan 9,8 m / s 2 di dekat permukaan.
Jika hambatan udara tidak mengintervensi, gerakannya vertikal dan dikenal sebagai jatuh bebas. Ketika percepatan konstan dan memilih t 0 = 0, persamaan untuk percepatan rata-rata menjadi:
v f = v 0 + di = gt (v 0 = 0)
Dimana a = g = 9,8 m / s 2
Latihan diselesaikan
Sebuah benda dijatuhkan dari ketinggian yang cukup. Tentukan kecepatannya setelah 1,25 sekon.
Penyelesaian
v o = 0, karena benda dijatuhkan, maka:
v f = gt = 9,8 x 1,25 m / s = 12,25 m / s, diarahkan vertikal ke tanah. (Arah vertikal ke bawah dianggap positif).
Saat objek mendekati tanah, kecepatannya meningkat sebesar 9,8 m / s untuk setiap detik yang berlalu. Massa benda tidak terlibat. Dua benda berbeda, dijatuhkan dari ketinggian yang sama dan pada waktu yang sama, mengembangkan kecepatan yang sama saat jatuh.
Referensi
- Giancoli, D. Fisika. Prinsip dengan Kegunaan. Edisi keenam. Aula Prentice. 21- 35.
- Resnick, R. (1999). Fisik. Volume 1. Edisi ketiga dalam bahasa Spanyol. Meksiko. Editorial Perusahaan Continental SA de CV 20-34.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7 ma . Edisi. Meksiko. Cengage Learning Editor. 21-39.