Posisi, jarak, dan perpindahan

Berlari satu putaran penuh di lintasan 400 m berarti menempuh jarak 400 m, tetapi perpindahanmu nol.

Di mana letaknya? Posisi memerlukan titik acuan

Jika ditanya letak halte bus, seseorang mungkin menjawab, "200 meter menyusuri jalan ini". Jawaban itu memuat tiga hal: titik awal (di sini), arah (menyusuri jalan ini), dan besar jarak (200 meter). Fisika menjelaskan posisi dengan cara yang sama. Kita memilih titik acuan sebagai nol, menetapkan arah positif, lalu menyatakan angka beserta satuannya. Di jalan lurus, posisi cukup dinyatakan dengan satu angka, misalnya x = +200 m. Mobil yang berada 50 m di belakang garis awal memiliki posisi x = −50 m.

Titik acuan boleh kamu pilih sendiri. Pilihan itu mengubah angka, tetapi tidak mengubah gejala fisikanya. Saat kamu duduk di kereta yang bergerak, cangkir di meja tidak bergerak terhadapmu, tetapi bergerak dengan kecepatan kereta terhadap tanah. Kedua penjelasan itu benar; kerangka acuannya saja yang berbeda. Seperti dijelaskan dalam OpenStax College Physics, setiap gerak dinyatakan relatif terhadap sesuatu, dan acuan itu harus selalu disebutkan.

Jarak berbeda dari perpindahan

Jarak adalah panjang seluruh lintasan yang kamu tempuh. Nilainya hanya bertambah dan tidak memiliki arah. Perpindahan adalah perubahan posisi: posisi akhir dikurangi posisi awal, ditulis Δx = x_f − x₀. Perpindahan memiliki besar dan arah, sehingga nilainya dapat positif, negatif, atau nol. Berjalanlah 5 m ke timur, lalu 3 m ke barat. Jaraknya 5 + 3 = 8 m. Perpindahannya +5 − 3 = +2 m, artinya kamu berakhir 2 m di sebelah timur titik awal.

Itulah sebabnya pelari yang menyelesaikan satu putaran tepat di titik awal memiliki perpindahan nol, meskipun kakinya sudah menempuh 400 m. Pengemudi pengantar barang yang pergi melintasi kota lalu kembali dapat mencatat jarak yang besar pada odometer, tetapi perpindahannya nol pada akhir hari. Jarak menjelaskan perjalanan yang ditempuh. Perpindahan menunjukkan letak akhir dibandingkan dengan letak awal.

Skalar dan vektor

Besaran yang hanya memiliki besar, seperti jarak, waktu, massa, dan suhu, disebut skalar. Besaran yang memiliki besar dan arah, seperti perpindahan, kecepatan, percepatan, dan gaya, disebut vektor. Pada garis lurus, arah vektor ditunjukkan dengan tanda positif atau negatif. Dalam dua dimensi, kita menggambar panah: panjangnya menunjukkan besar dan ujungnya menunjukkan arah. Panah ini akan kamu temui lagi di lab gerak, pada bola yang menampilkan panah kecepatan beserta kedua komponennya.

Saat menemui besaran baru, coba tanyakan: "Apakah arah masuk akal untuk besaran ini?" Mobil berpindah 3 km ke utara adalah pernyataan yang masuk akal, jadi perpindahan merupakan vektor. Pelajaran berlangsung 40 menit ke utara tidak masuk akal, jadi waktu merupakan skalar.

Peta dan navigasi satelit memakai gagasan yang sama dalam dua dimensi. Berjalan 300 m ke timur lalu 400 m ke utara menempuh jarak 700 m, tetapi perpindahan lurus dari awal ke akhir hanya 500 m, dengan arah kira-kira timur laut. Nilai 500 m diperoleh dari teorema Pythagoras: √(300² + 400²) = 500. Merpati pos atau pendaki dengan kompas memperhatikan perpindahan; penghitung langkah mencatat jarak. Jika soal menanyakan seberapa jauh benda berada dari titik awalnya, yang ditanyakan adalah perpindahan.