Bagaimana membandingkan jarak dan perpindahan pembalap saat tikungan apa perbedaannya

Pernah bingung kenapa motor MotoGP tidak jatuh walaupun miring saat belok? Berikut jawabannya dengan analisa Fisika yang mudah dimengerti.

Hei, di antara lo ada yang suka nonton MotoGP ? Pernah lihat Valentino Rossi, Dani Pedrosa, atau pembalap lain menikung?  Kalau lo perhatiin, motor mereka tuh selalu miring ketika menikung tajam. Dan kalau lo perhatiin bener-bener, semakin tajam tikungannya, maka semakin miring juga motornya. Sekarang coba lo pikirin jawaban dari dua pertanyaan ini:

• Kenapa mereka bisa miring dan nggak jatuh?
• Kalau di tikungan tajam tapi miringnya sedikit, emang apa akibatnya?

Untuk jawab dua pertanyaan itu, kita coba analisis dikit deh dari segi Fisika.

Btw, sebelum kita analisis macem-macem, gue mau bikin aturan dalam baca blog ini. Aturannya gampang aja kok:

Setiap kali lo ketemu pertanyaan, coba lo pikirin dulu. Jangan buru-buru scroll down buat lihat jawabannya

Kalau lo udah setuju, okay… kita lanjut yah…

Pertama, kita gambar dulu motor yang lagi menikung dengan miring. Lihat gambarnya di bawah.

Nah, sekarang pertanyaan pertama… Ada gaya apa aja yang bekerja pada motor? Coba gambar gaya-gaya itu!

Well, yang pasti ada gaya berat (W) lah ya, arahnya ke bawah. Untuk yang satu ini lo pasti bisa. Kalau ada gaya berat, pasti ada gaya normal (N) yang arahnya ke atas. Yang ini juga pasti bisa. Berikutnya ada satu gaya lagi, yaitu gaya … yang arahnya ke ….

[expand title=”klik-di-sini-untuk-mencontek-isi-titik-titik-di-atas”]

Gaya gesek yang arahnya ke kanan. Kenapa ke kanan coba?

[/expand]

Jadi konsepnya gini. Setiap tikungan itu bisa dianggap sebagai gerak melingkar. Untuk tikungan yang tajam, jari-jari lingkarannya kecil. Sementara untuk tikungan yang nggak tajam, jari-jari lingkarannya besar. Lo bisa lihat itu di gambar di bawah ini:

Terus, waktu kelas 10 lo udah pernah belajar kalau setiap gerak melingkar, pasti ada yang namanya percepatan sentripetal dong. Arahnya ke pusat lingkaran dan besarnya:

[latexpage]

$ a_s = \frac{v^2}{R} $

Kalau ada percepatan sentripetal, berarti ada gaya sentripetal juga yang arahnya ke pusat lingkaran dan besarnya:

$ F_s = m.a_s = m.\frac{v^2}{R} $

Konsep percepatan dan gaya sentrifugal ini juga ada kok di zenius.net. Ada di kelas 10 dan di Fisika Persiapan SBMPTN.

Nah, pertanyaan lagi nih… pada gerak motor tadi, gaya apa yang bekerja sebagai gaya sentripetal ini?

[expand title =”klik-di-sini-untuk-lihat-jawabannya”]

Gaya Gesek! Itulah sebabnya gaya geseknya ke kanan. Karena gaya inilah yang membuat motor menikung ke kanan.

[/expand]

Okay… kita udah berhasil analisis semua gaya nih. Tapi, kita belum bisa jawab pertanyaan di awal, kenapa bisa nggak jatuh meskipun miring? Nah, untuk bagian ini, lo harus ngerti dua konsep:

1. Konsep Gaya Sentrifugal
2. Konsep Torsi

Gaya Sentrifugal

Gaya ini adalah salah satu contoh dari gaya fiktif, seperti gaya yang terjadi pada pengemudi ketika mobil dipercepat ke depan (lihat gambar di bawah).

Gaya fiktif kadang perlu kita masukkan dalam perhitungan ketika pengamat berada pada sistem yang dipercepat. Untuk contoh di atas, pengamat berada di dalam mobil yang dipercepat.

Pada kasus MotoGP kita, gaya fiktifnya adalah gaya sentrifugal, yaitu gaya yang berlawanan arah dengan gaya sentripetal. Gaya ini sebenernya nggak ada. Tapi perlu kita masukkan dalam perhitungan karena motor seakan-akan terdorong keluar lintasan lingkaran ketika dia bergerak melingkar. Jadi, analisis gayanya menjadi begini:

Konsep Torsi

Berikutnya, konsep torsi. Konsep torsi ini lo pelajarin di Fisika kelas 11 awal-awal semester 2 di bab dinamika rotasi. (Buat yang kelas 11, yeap… lo lagi belajar ini sekarang). Untuk pengertian dan definisi yang lebih tepat tentang torsi, lo tonton di sini. Intinya, supaya dia tidak berputar ke kanan atau ke kiri, maka jumlah torsi yang bekerja pada benda tersebut harus nol. Jadi agar suatu benda itu setimbang, selain $ \Sigma F = 0 $, harus berlaku juga $ \Sigma \tau = 0 $.

Nah, jumlah torsi ini bisa kita hitung. Ambil aja sumbu putar di roda, sehingga gaya gesek dan gaya normal menghasilkan torsi yang nol (karena gaya tersebut melalui sumbu putar). Berarti, jumlah torsi yang bekerja pada motor bisa dihitung menjadi:

Nah, sekarang jelas dong kalau gitu. Kenapa nggak jatuh meskipun miring? Jawabannya, karena hubungan antara sudut kemiringan motor, kecepatan motor, dan jari-jari lintasan membuat jumlah gayanya nol, dan torsinya nol juga. Kalau jumlah gaya dan torsinya nol, dia nggak akan terjatuh.

Dari rumus itu, juga kelihatan bahwa:

• Semakin kencang laju motor, maka semakin besar sudut kemiringannya.
• Semakin kecil jari-jarinya lintasannya (atau semakin tajam tikungannya), semakin besar juga sudut kemiringannya.
• Pada tikungan yang tajam, jika sudut kemiringannya ingin tetap kecil, maka laju motornya harus dikurangi. Well, kalau di MotoGP sih, para pembalap itu nggak akan mau ambil opsi yang ini.

Btw, berapa sih sudut kemiringan MotoGP? Kalau menurut informasi di sini sih, sudutnya bisa mencapai 64o. Ini sudut yang besar banget, memungkinkan para pembalap untuk bisa melaju sekitar 150 km/jam pada tikungan berjari-jari 86m.

—————————CATATAN EDITOR—————————

Btw kalo lo kepikiran ada hal yang bikin lo penasaran dan pengen dibedah fenomenanya secara saintifik, lo request aja dengan cara comment di bawah artikel ini. Nanti gua pertimbangkan buat dibahas dan kita bikin blog-nya. Buat lo yang belum gabung jadi registered account di zenius.net, pastiin lo gabung sama kita dengan daftar Zenius di sini

Perbedaan jarak dan perpindahan dalam ilmu fisika dapat dilihat dari besaran dan rumus untuk menghitungnya. Materi tentang jarak dan perpindahan tentu telah diperoleh pada mata pelajaran fisika.

Berikut penjelasan mengenai perbedaan jarak dan perpindahan beserta contoh soalnya.

Perbedaan Jarak dan Perpindahan

Mengutip dari buku Gerak Berbagai Benda di Sekitar Kita oleh Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, jarak adalah panjang suatu lintasan atau letak suatu titik terhadap titik lainnya. Jarak dapat diukur dari dua arah dan nilainya selalu bersifat mutlak (positif).

Sementara itu, perindahan adalah perubahan posisi suatu benda pada waktu tertentu terhadap posisi awal (titik acuan) benda tersebut.

Perbedaan jarak dan perpindahan di antaranya jarak merupakan besaran skalar dan tidak mempunyai arah. Sedangkan, perpindahan merupakan besaran vektor, sehingga selain mempunyai besaran juga memiliki arah sehingga dapat bernilai positif atau negatif.

Besaran vektor memperhitungkan arah gerak, sedangkan besaran skalar hanya memiliki besar tanpa memperhitungkan arah gerak benda.

Contoh perbedaan jarak dan perpindahan dalam kehidupan nyata yakni seorang siswa berlari mengelilingi lapangan satu kali putaran. Berarti ia menempuh jarak sama dengan keliling lapangan, tetapi tidak menempuh perpindahan karena ia kembali ke titik semula.

Perbedaan jarak dan perpindahan juga dapat dilihat dari rumus menghitungnya, yaitu:

Rumus jarak = kecepatan x waktu

Rumus perpindahan = √x2 + y2

x : arah pertama gerak benda

y : arah kedua gerak benda

Ketika benda bergerak dalam satu arah, berarti y = 0.

Contoh Soal Jarak dan Perpindahan

Berdasarkan buku Modul Pembelajaran Fisika oleh Nany Else Josephine, berikut contoh soal jarak dan perpindahan yang dapat dipelajari.

Seorang siswa yang berangkat ke sekolah mengendarai sepeda dengan kelajuan tetap 5 m/det selama 10 menit pertama. Enam menit berikutnya, siswa tersebut bersepeda dengan kelajuan 10 m/det hingga tiba di sekolahnya.

Jarak yang ditempuhnya dari rumah ke sekolah.

t1 = 10 menit = 600 detik

Jarak yang ditempuh selama selang waktu t1 dan t2

S1 = V1 . t1 = (5) . (600) = 3.000 m

S2 = V2 . t2 = (10) . (360) = 3.600 m

Jarak dari rumah ke sekolah:

S1 + S2 = 3.000 + 3.600 = 9.600 m

Jadi jarak yang ditempuh selama t1 dan t2 adalah 9.600 m.

2. Contoh Soal Jarak dan Perpindahan

Seorang pelari mengitari setengah lintasan yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari 35 m.

Tentukan jarak dan perpindahannya.

Jarak yang ditempuh pelari adalah keliling dari setengah lingkaran, sehingga:

Jarak : 1/2 x π x 2r = (1/2) x (22/7) x (2 x 35) = 110 m.

Perpindahan pelari tersebut adalah diameter (dua kali jari-jari) dari lintasan yang berbentuk lingkaran, yaitu 70 m.

Jadi, jarak yang ditempuh pelari adalah 110 m dan perpindahannya adalah 70 m.