Berkenalan dengan Fisika - Vektor
Ilustrasi vektor
Bagi kamu siswa SMA, apa kesan pertamamu ketika bertemu dengan pelajaran fisika? Susah atau bikin pusing atau gak penting sama sekali? Kenapa harus bersusah payah belajar fisika dan sekelumit isinya seperti vektor? Kenapa harus belajar vektor, skalar, gaya dan listrik? Pertanyaan-pertanyaan di atas wajar untuk diangkat sebenarnya.
Fisika memang masih menjadi pelajaran mengerikan bagi sebagian besar siswa SMA. Alih-alih untuk belajar lebih serius, dikenalkan saja bisa membuat dahi berkernyit. Kecintaan siswa SMA terhadap pelajaran ini memang tak lepas dari metode pembelajaran kurang tepat. Fisika masih diidentikan dengan pelajaran rumus. Fisika sama dengan rumus, begitu juga sebaliknya. Padahal sejatinya fisika adalah bidang yang sangat dekat dekat kehidupan. Salah satu contohnya adalah konsep vektor.
Dalam kehidupan sehari-hari, kita sebenarnya telah mengaplikasikan konsep vektor. Mau tau buktinya? Kita liat beberapa konsep vektor dalam kehidupan sehari-hari. Namun, alangkah baiknya terlebih dahulu penulis kenalkan kembali konsep dasar vektor, sebuah konsep dasar fisika.
Besaran dan Satuan Vektor
Di dunia fisika, terdapat perbedaan yang cukup signifikan antara besaran vektor dan skalar. Besaran vektor adalah besaran fisika yang memperhitungkan angka (nilai) dan arah dari besaran itu. Sementara itu, berbeda dengan vektor, besaran skalar memiliki komponen nilai saja. Penanganan dan perhitungan kedua jenis besaran tersebut pun jauh berbeda.
Misalnya, penjumlahan skalar cukup dengan menggunakan aturan aritmatika penjumlahan biasa. Hal itu jauh berbeda dengan penjumlahan vektor yang harus menggunakan aturan yang berbeda. Untuk itu, pelajaran penting pertama yang biasanya disampaikan pada kurikulum SMA adalah perbedaan kedua besaran tersebut.
Konsep kedua besaran tersebut menjadi dasar atau pijakan untuk mengena konsep “unik” fisika lainnya. Sekali kamu jatuh hati dengan konsep vektor dan skalar, saat itu juga kamu akan “cinta mati” dengan fisika. Gak percaya? Buktikan sendiri!
Konsep mengenai besaran vektor sangat penting untuk dipahami. Salah satu penjabaran penting konsep vektor ini adalah aplikasi Hukum Newton dalam penyelesaian masalah-masalah fisika klasik (fisika Newtonian). Konsep vektor memainkan peranan yang cukup signifikan terkait dengan besaran dan arah gaya yang bekerja pada sebuah benda.
Besaran dan arah benda ini (baca : vektor) akan memengaruhi berapa dan arah percepatan yang dialami oleh benda tersebut. Alih-alih lebih atau kurang, besar dan arah benda tersebut harus tepat dan rinci, sehingga kesalahan perhitungan dapat dihindari.
Jenis-jenis Besaran Vektor
Seperti telah dijelaskan di muka, besaran vektor pada fisika berkaitan dengan suatu besaran yang tidak hanya memiliki nilai tetapi juga memiliki arah. Nilai dan arah besaran vektor tersebut menjadi ciri khas yang tidak mungkin dilepaskan begitu saja.
Oleh karena itu, seseorang akan dapat dengan mudah mengidentifikasi apakah suatu besaran fisika tertentu termasuk ke dalam besaran vektor atau tidak. Apakah besaran-besaran fisis tersebut hanya memiliki nilai tanpa arah atau keduanya. Di dunia ini banyak sekali besaran-besaran fisis yang bekerja dan saling memengaruhi satu sama lain.
Para ilmuwan fisika yakin dengan membagi besaran-besaran fisika ke dalam dua jenis, penghitungan akan lebih mudah. Cara penghitungan kedua jenis besaran fisis tersebut sangat berbeda. Besaran vektor harus menggunakan kaidah-kaidah “aritmatika vektor” yang telah disepakati bersama oleh para ilmuwan.
Sama halnya dengan besaran vektor, besaran skalar juga memiliki cara-cara tersendiri dalam mengoperasikan dan menggabungkan besaran-besaran yang sejenis. Namun, perbedaan yang paling mencolok adalah cara mengoperasikan (penjumlahan, perkalian, dan pengurangan) besaran skalar tersebut.
Berikut ini contoh besaran-besaran yang masuk ke dalam besaran vektor:
Besaran Vektor - Kecepatan
Kecepatan adalah besaran fisis yang menyatakan perubahan perpindahan suatu benda per satuan waktu. Satuan paling tepat yang bisa mewakili kecepatan adalah meter/sekon. Identifikasi kecepatan sebagai besaran vektor dapat ditandai dengan menggunakan speedometer khusus yang memunyai skala negatif.
Bila benda atau objek bergerak ke arah sumbu x positif, maka benda dinyatakan bergerak dengan kecepatan positif. Hal itu juga berlaku sebaliknya, bila benda bergerak searah sumbu x negatif maka benda dinyatakan bergerak dengan kecepatan negatif.
Kesepakatan arah positif dan negatif tersebut berlaku umum. Namun demikian, kesepakatan arah tersebut tergantung dari analis yang melakukan analisis. Faktor terpenting yang perlu diperhatikan adalah konsistensi dalam penggunaan tanda. Contoh klasik yang bisa menggambarkan bagaimana analisis vektor sangat penting dalam aplikasi penjabaran kecepatan sebuah benda.
Bayangkan kamu mengendarai sebuah perahu dengan kecepatan A m/s. kamu bergerak searah dengan arus air, pengamat di pinggir sungai akan merasakan kamu bergerak jauh lebih cepat daripada air, bahkan diri Anda sendiri pun merasakan demikian. Sebaliknya, bila kamu bergerak berlawanan dengan arah arus air, Anda akan merasakan bahwa perahu kamu bergerak lebih lambat bila dibandingkan ketika kamu bergerak searah arus air.
Kasus yang unik terjadi bila kecepatan perahu kamu lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan arus. Alih-alih perahu bergerak maju, kamu merasakan perahu bergerak mundur searah gerak arus.
Besaran Vektor - Percepatan
Percepatan didefinisikan sebagai besaran fisis akibat perubahan kecepatan terhadap satuan waktu. Dari definisi tersebut, dapat ditarik kesimpulan bahwa percepatan berkaitan erat dengan kecepatan. Percepatan merupakan perluasan arti dari kecepatan. Sebagaimana kecepatan, percepatan merupakan besaran vektor yang aturan-aturan vektor melekat padanya.
Oleh karena itu, tidak benar bila percepatan hanya diidentikan dengan besarnya nilai yang dimilikinya. Percepatan harus dinyatakan dalam bentuk nilai dan arah yang memang sangat fundamental dalam konsep vektor.
Besaran percepatan sangat berkaitan erat dengan arah dan gaya yang terjadi pada sebuah benda. Penjelasan mengenai gaya dan Hukum Newton akan dibahas pada bagian selanjutnya. Gaya dan Hukum Newton bisa dikatakan sebagai penjabaran yang cukup penting dari konsep vektor.
Dalam rumusannya, besarnya nilai dan arah dari sebuah percepatan bergantung dari seberapa bersar resultan gaya yang terjadi pada benda tersebut. Oleh karena itu, percepatan dapat dilihat dari seberapa rumit dan kompleksnya gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda.
Besaran Vektor - Gaya
Seperti telah disinggung sedikit di atas, gaya yang bekerja pada sebuah benda merupakan contoh lain dari besaran vektor. Konsep gaya yang bekerja pada sebuah benda dapat dijelaskan dengan menggunakan Hukum Newton tentang gaya-gaya. Hukum Newton dapat dibagi ke dalam tiga jenis hukum yang sangat dikenal oleh kalangan ilmuwan fisika.
Hukum Newton pertama berbicara tentang besarnya kelembaman yang bekerja pada sebuah benda bila benda tersebut diam atau bergerak dengan kecepatan tetap. Hukum Newton pertama ini secara matematis dapat dinyatakan sebagai besarnya resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda yang saling menghilangkan akan menghasilkan besarnya percepatan sama dengan nol (benda akan terus diam atau bergerak dengan kecepatan tetap).
Dengan perkataan lain, hukum Newton pertama ini menyatakan bahwa sebuah benda akan bergerak terus dengan kecepatan tetap atau akan terus diam bila resultan gaya yang bekerja pada tersebut bersifat netral (saling menghilangkan).
Hukum Newton kedua menyatakan bahwa besarnya percepatan yang bekerja pada sebuah benda akan sangat bergantung dengan besarnya resultan yang bekerja pada benda tersebut. Artinya besar dan arah percepatan akan sangat tergantung dari besarnya resultan dari gaya tersebut. Bila resultan gaya yang bekerja pada benda akan bergerak pada arah negatif, artinya percepatan yang bekerja pada pun akan searah pada resultan dari gaya yang bekerja tersebut.
Hukum Newton ketiga berbicara mengenai konsep vektor dalam arah yang berlawanan. Newton beperndapat bahwa terdapat pasangan gaya yang selalu bekarja pada sebuah sistem benda. Oleh karena itu, hukum Newton ketiga ini disebut dengan hukum aksi reaksi.
Vektor menurut Newton, sebuah aksi gaya pada sebuah benda akan selalu dibarengi dengan hadirnya reaksi gaya tersebut dengan nilai yang sama dengan gaya itu, arah benda yang berlawanan, dan garis kerja gaya pada benda yang berlainan.
