Jarak (Jarak Tempuh)

Sobat fisika pastinya sudah tidak asing lagi dengan istilah Jarak kan atau biasa dikenal dengan sebutan jarak tempuh. Ternyata masih banyak yang masih bingung membedakan antara jarak dengan perpindahan loh ya. Kalau sobat fisika bagaimana? Apakah bingung juga? Mari saksama membaca ulasan berikut ya,

Perpindahan dan jarak merupakan besaran fisika yang berbeda makna meskipun memiliki satuan yang sama yaitu satuan panjang (kilometer, meter, centimeter, dan sebagainya-red). Sederhananya, perpindahan itu besaran vektor sedangkan jarak itu besaran skalar. Sampai sini semoga sudah ada penerengan ya sobat fisika. Nah, bahasan perpindahan besaran vektor bisa sobat fisika baca disini. Artikel kali ini fokus pada bahasan jarak sebagai besaran skalar.

Berbeda dengan perpindahan yang merupakan besaran vektor, jarak termasuk besaran skalar. Artinya jarak hanya memiliki besar (nilai) saja tanpa perlu diberi arah. Secara definis, jarak diartikan sebagai jarak sebenarnya yang ditempuh partikel ketika bergerak dari satu titik ke titik lainnya. Jarak juga bisa diartikan sebagai total lintasan yang dilalui oleh partikel. Misalnya, sobat fisika mau pergi dari Yogyakarta ke Semarang, jarak tempuh kendaraan 141 km kalau melalui tol. Tetapi jika melalui Secang-Ambarawa atau Batang maka jarak tempuhnya menjadi lebih besar. Ternyata sobat fisika, jika semakin banyak tikungan yang dilewati partikel untuk berpindah dari satu titik ke titik lainnya maka jarak tempuh makin banyak. (Pesan moral : jangan banyak saling tikung menikung ya sobat fisika agar jodohnya semakin dekat, hahaha :p ). 

Tahu kah kalian, ternyata untuk menghitung jarak jauh lebih sulit daripada menghitung perpindahan. Why? . karena pada jarak tempuh memperhatikan setiap detail potongan lintasan yang ditempuh partikel, dan tiap-tiap potongan lintasan itu harus diukur. Berbeda dengan perpindahan yang hanya perlu mencatat posisi awal dan posisi akhir, menghitung jarak harus mencatat setiap saat posisi partikel. Jadi, jarak tempuh adalah jumlah semua jarak pergerakan partikel tersebut.

Sobat fisika bisa memperhatikan contoh soal berikut :

Andi sekarang berada pada titik A dan akan menuju titik B. untuk mencapai titik B, Andi berjalan 6 meter ke arah Timur kemudian berbelok dan berjalan 8 meter ke arah Utara. Berapakah besar perpindahan dan jarak tempuh Andi selama berjalan dari A ke B ?

Besar perpindahan dari titik A ke B

Andi berjalan 6 m ke arah Timur (anggap sumbu x) maka r₁ = 6i

Andi berjalan 8 m ke arah Utara (anggap sumbu y) maka r₂ = 8j , maka

Perpindahan Andi ∆r₂₁ = r₂ – r₁ = 8j – 6i ,

Besar perpindahan |∆r₂₁| = √8² + (-6)² = √100 = 10 meter

Jarak tempuh dari titik A ke B

Jarak tempuh, S = S_AO + S_OB = 6 + 8 = 14 meter

Jadi, Andi hanya melakukan perpindahan sebesar 10 meter ke arah Timur Laut tetapi berjalan dengan jarak tempuh 14 meter untuk sampai pada titik B. 

Perpindahan

Amati benda yang diam, apakah sobat fisika pernah melakukannya? Ternyata tidak banyak fenomena fisis yang menarik jika benda diam di tempatnya atau posisi partikel tetap. Jika partikel itu bergerak, maka banyak hal yang bisa dimanfaatkan oleh manusia loh sobat fisika. Contohnya nih, gerakan air terjun yang dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik, gerakan alat-alat transportasi untuk memindahkan manusia dan barang, ada lagi yang menarik yakni gerak partikel udara yang menyebabkan suara dapat merambat. Ternyata banyak manfaatnya ya sobat fisika.

Jadi, adanya perubahan posisi benda atau partikel merupakan fenomena yang penting bagi manusia ya sobat fisika. Lalu, bagaimana pengertian dan makna dari perpindahan itu sendiri. Menurut ilmu fisika, perpindahan adalah perubahan posisi benda atau partikel. Pendeskripsian tentang perpindahan dapat diilustrasikan sebagai berikut :

Misalkan sebuah partikel mula-mula berada di titik A dengan vektor posisi r₁. beberapa saat berikutnya, partikel tersebut berada pada titik B dengan vektor posisi r₂. sobat fisika dapat mendefinisikan perpindahan partikel dari titik A ke titik B dengan persamaan berikut

∆r₂₁ = r₂ - r₁

Vektor perpindahan ∆r₂₁ adalah vektor yang pangkalnya berada di ujung vektor r₁ dan kepalanya berada di ujung vektor r₂.  Keterangan tersebut jika digambarkan dalam grafik sebagai berikut :

Vektor perpindahan partikel adalah selisih posisi akhir dengan posisi awal. Perpindahan tidak bergantung pada lintasan partikel (garis lengkung putus-putus) tetapi hanya ditentukan oleh garis lurus dari posisi awal ke posisi akhir.

Jika vektor posisi r₁ dan r₂ dituliskan dalam koordinat kartesius tiga dimensi maka dapat dituliskan sebagai berikut :

Maka untuk mencari perpindahan partikel yang berubah posisi dari keadaan 1 ke keadaan 2 dapat menggunakan persamaan berikut :

Sobat fisika bisa menggunakan persamaan di atas untuk mencari perpindahan partikel pada ruang tiga dimensi koordinat kartesius ya. Sekali lagi ingat ya sobat fisika, bahwa perpindahan itu besaran vektor sehingga wajar jika punya panjang (nilai) dan arah. Lalu bagaimana nentuin arahnya? Arah perpindahan itu sama saja dengan melihat dari ujung vektor r₁ ke ujung vektor r₂ . sobat fisika jika mau nyari berapa sih besar atau nilainya perpindahan itu? Sobat fisika bisa menggunakan rumus di bawah ini ya : 

Untuk lebih jelasnya, sobat fisika bisa lihat contoh soal berikut ya.

Sebuah partikel berada pada posisi tiga dimensi r₁ = 8i + 10j – 15k m. beberapa saat kemudian partikel itu bergerak dan posisinya berubah menjadi r₂ = -5i + 20j m. berapakah vektor perpindahan serta besar perpindahan partikel?

Jawaban.

Posisi

Pada bahasan gerak partikel pada lintasan berupa garis lurus maka posisi yang digunakan cukup satu sumbu koordinat. Gerak semacam ini biasa disebut sebagai gerak satu dimensi. Contoh gerak satu dimensi antara lain gerak mobil saat di jalur lurus jalan tol, gerak kereta api pada rel yang lurus, bisa juga gerak pesawat pada posisi cruising (posisi lintasan tertinggi).

Posisi adalah lokasi benda dalam sumbu koordinat. Sebelum menentukan posisi partikel, sobat fisika harus pastikan dulu mau menggunakan jenis sumbu koordinat-nya. Apakah koordinat kartesius, koordinat bola, koordinat silinder, atau jenis koordinat lainnya. Nah, pada pembahasan kali ini sobat fisika fokus ke sumbu koordinat kartesius ya,. Sumbu koordinat kartesius itu memiliki tiga parameter nilai yaitu x, y, dan z. seperti dijelaskan dimuqadimah, gerak lurus hanya bergerak pada satu sumbu (nilai) maka sobat fisika bisa menggunakan satu diantara tiga yaitu sumbu x , atau y atau z saja. Sobat fisika, pada gerak lurus suatu partikel kita membahas yang lazim dan umum saja ya yaitu menggunakan sumbu x.

Posisi juga bisa diartikan sebagai vektor yang berpangkal dari pusat koordinat ke lokasi partikel. Apa itu pusat koordinat? Sobat fisika, pusat koordinat adalah titik potong semua sumbu koordinat. Posisi itu ternyata adalah vektor dan memiliki lambang r , jika posisi adalah vektor maka posisi itu memiliki besar (nilai) dan arah. Untuk lebih jelasnya, sobat fisika bisa melihat diagram dan keterangan di bawah ini :

Posisi partikel A

Pada gambar di samping suatu partikel A berada pada sumbu x positif sejauh 3 satuan ke arah kanan dari pusat koordinat. Untuk menyatakan posisi r partikel A adalah sebagai berikut

            r = 3i, artinya posisi partikel A berada pada 3 satuan dalam arah x positif.

Apa pentingnya posisi? Hampir semua teknologi canggih di dunia ini menggunakan konsep posisi. Peluncuran roket, pesawat ruang angkasa, autopilot pesawat terbang, peluncuran peluru kendali, penentuan lokasi di permukaan bumi dengan peralatan yang bernama GPS, dan pergerakan robot semuanya melibatkan perhitungan posisi. Bahkan gerakan cartridge printer yang kita gunakan sehari-hari sehingga diperoleh cetakan yang sangat teliti juga melibatkan pengontrolan posisi. Dalam ruang kontrol navigasi pesawat, kapal laut, dan kereta api, yang diamati adalah posisi masing-masing mesin transportasi tersebut.

Sekilas Gerak Lurus

Gerak lurus dalam ilmu fisika membahas tentang gerak suatu partikel dengan lintasan tempuhnya berupa garis lurus. Pada pembahasan gerak lurus dikenal istilah besaran gerak, besaran gerak adalahbesaran fisis yang mendeskripsikan gerak benda. Besaran-besaran yang mendominasi pada bahasan gerak lurus berdasarkan kinematika yakni

lintasan garis lurus

1. Posisi,
2. Perpindahan, 
3. Jarak,
4. Kecepatan,
5. Kelajuan, dan
6. Percepatan.

Besaran kecepatan dan percepatan nantinya akan dibagi lagi dengan mendapat imbuhan akhiran kata rata-rata dan sesaat. Gerak lurus memiliki dua jenis yakni Gerak Lurus Beraturan disingkat GLB dan Gerak Lurus Berubah Beraturan disingkat GLBB. GLB dan GLBB ini tentu saja berbeda makna dan penjelasan. Alat praktikum atau peraga untuk menjelaskan fenomena Gerak Lurus ini biasa menggunakan Ticker Timer. Jika sobat fisika mempunyai aplikasi atau software pembelajaran PhET, kalian juga bisa menikmati fitur Motion dan nanti sobat fisika pilih simulasi The Moving Man untuk melihat fenomena Gerak Lurus secara detail melalui layar monitor komputer kalian.

Profil The Moving Man Simulations