Rumus Kecepatan dan Cara Menggunakannya (Contoh Soal)

Daftar Isi

Halo adik-adik, kali ini kakak akan menjelaskan satu lagi rumus penting dalam gerak, yaitu rumus kecepatan. Eh iya, udah dibaca belum materi fisika sebelumnya mengenai rumus percepatan? Penting untuk kalian ketahui, bahwa kedua rumus tersebut saling berkaitan, dan sama-sama dipakai dalam perhitungan.

Setiap benda yang bergerak pasti memiliki kecepatan. Dengan kecepatan itulah, benda bisa berpindah dari satu posisi ke posisi berikutnya. Ada benda yang kecepatannya konstan (tetap) dan adapula benda yang kecepatannya berubah.

Kecepatan konstan terjadi pada benda yang bergerak lurus beraturan (GLB). Sedangkan, kecepatan berubah terjadi pada benda yang bergerak lurus berubah beraturan (GLBB). Rumus kecepatan pada kedua jenis gerak tersebut bentuknya berbeda. Kakak akan menjelaskannya keduanya untuk kalian.

Baiklah, kita mulai saja materinya...

Pengertian Kecepatan (Velocity)

Apa sih kecepatan itu? Disadari atau tidak, dalam kehidupan sehari-hari kita sangat akrab dengan kecepatan. Misalnya, ketika kalian berangkat dari rumah ke sekolah, kalian menggunakan kecepatan untuk berjalan atau berkendara. 

Kecepatan itulah yang membuat kalian berpindah posisi dari rumah ke sekolah. Selama proses perpindahan tersebut, kalian menyusuri jalan yang menghubungkan rumah dan sekolah dengan jarak dan waktu tertentu.

Tentu saja, kalian akan lebih cepat tiba ke sekolah ketika berkendara daripada hanya dengan berjalan kaki. Mengapa seperti itu? Yah, karena dengan berkendara, proses perpindahan kalian dari rumah ke sekolah terjadi dalam waktu yang lebih singkat daripada saat berjalan kaki.

Gimana adik-adik? Dari ilustrasi di atas, udah dapat gambaran mengenai apa itu kecepatan? Yah benar, jadi:

Kecepatan (velocity) adalah perpindahan yang dilakukan objek per satuan waktu¹.

Berdasarkan definisi di atas, maka objek atau benda yang mengalami perpindahan atau perubahan posisi tiap satuan waktu berarti memiliki kecepatan. Kecepatannya bisa tetap dan bisa juga berubah. 

Dalam fisika, kecepatan disimbolkan dengan (v), dengan satuan SI meter per sekon (^m/_s). Jangan terkecoh dengan simbol volume yah. Volume menggunakan simbol V huruf kapital, sedangkan kecepatan v huruf kecil.

Kecepatan merupakan besaran turunan karenan tersusun dari beberapa besaran pokok. Selain itu, kecepatan juga termasuk ke dalam besaran vektor sehingga untuk menyatakannya harus dengan angka dan arah.

Perbedaan Kecepatan dan Kelajuan

Selain kecepatan, terdapat satu lagi besaran fisika yang simbol, definisi, dan satuannya hampir mirip dengan kecepatan, besaran itu bernama kelajuan. Jika kecepatan di definisikan sebagai perpindahan per satuan waktu, maka kelajuan definisinya adalah jarak per satuan waktu.

Coba perhatikan, apa yang membuat keduanya berbeda? Yah benar, perpindahan dan jarak. Kecepatan menggunakan besaran perpindahan (s), sedangkan kelajuan menggunakan besaran jarak (s). Sekilas, simbolnya sama, tetapi sesungguhnya hakikat keduanya berbeda.

Simbol perpindahan dicetak tebal (s), menandakan bahwa perpindahan adalah besaran vektor. Sedangkan, simbol jarak tidak dicetak tebal (s), menandakan bahwa jarak adalah besaran skalar. Persamaan di antara keduanya adalah sama-sama bersatuan meter (m).

Sebuah objek atau benda bisa saja memiliki nilai kecepatan dan kelajuan yang berbeda. Kakak akan menunjukkannya pada bagian contoh soal di bawah.

Rumus Umum Kecepatan dan Kelajuan

Secara umum, rumus kecepatan dituliskan dengan persamaan:

v = ^s/_t

Keterangan:

• v = kecepatan (^m/_s)
• s = perpindahan (m)
• t = waktu (s)

Catatan: 

• Beberapa referensi menggunakan simbol (x), untuk menyatakan perpindahan. Keduanya sama. 
• Satuan kecepatan yang juga sering digunakan adalah km/jam. Tergantung soal.

Sedangkan, rumus kelajuan dituliskan dengan persamaan:

v = ^s/_t

Keterangan:

• v = kelajuan (^m/_s)
• s = jarak (m)
• t = waktu (s)

Rumus di atas bisa dimodifikasi lebih lanjut sesuai dengan besaran apa yang akan dicari, apakah kecepatan/kelajuan, perpindahan/jarak, atau waktu. Bentuknya seperti dalam tabel berikut ini:

Besaran	Rumus
Kecepatan/Kelajuan	v = s/t
Perpindahan/jarak	s = v x t
Waktu	t = s/v

Jenis-Jenis Kecepatan

Sama halnya dengan percepatan, kecepatan juga terbagi menjadi dua jenis, yaitu kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat. 

1. Kecepatan Rata-rata (Average Velocity)

Kecepatan rata-rata (average velocity) adalah besarnya perpindahan sebuah benda dalam selang waktu tertentu. Kecepatan rata-rata juga merupakan besaran vektor.

Rumus Kecepatan Rata-rata

Secara matematis, rumus kecepatan rata-rata dituliskan dengan persamaan:

v_rata = ^Δs/_Δt = ^{s₂ - s₁}/_{t2 - t1}

Keterangan:

• v_rata = kecepatan rata-rata (^m/_s)
• Δs = perpindahan (m)
• Δt = selang waktu (s)
• s₂ = posisi 2 (m)
• s₁ = posisi 1 (m)
• t₂ = waktu 2 (s)
• t₁ = waktu 1 (s)

2. Kecepatan Sesaat (Instantaneous Velocity)

Kecepatan sesaat (instantaneous velocity) adalah kecepatan rata-rata untuk selang waktu yang sangat pendek (mendekati nol). Kecepatan sesaat juga merupakan besaran vektor.

Rumus Kecepatan Sesaat

Secara matematis, rumus kecepatan sesaat dituliskan dengan persamaan:

Keterangan:

• v  = kecepatan sesaat (^m/_s)
• Δs = perpindahan (m)
• Δt = selang waktu (s)

Rumus Kecepatan GLBB

Rumus yang diuraikan di atas adalah rumus umum untuk gerak dengan kecepatan konstan (tetap) atau Gerak Lurus Beraturan (GLB). Untuk Gerak Lurus Berubah Beraturan, maka rumus kecepatannya juga berbeda. GLBB adalah gerak dengan kecepatan berubah secara beraturan tiap satuan waktu.

Oleh karena itu, rumus di atas harus dikembangkan dengan memasukkan besaran lain yang menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan. Kalian ingat tidak besaran apa itu? Yah benar, percepatan (a). Baca materinya di sini: Rumus Percepatan.

Secara matematis, rumus kecepatan pada GLBB ditulis dengan persamaan:

v_t = v₀ + a.Δt  

Keterangan:

• v_t = kecepatan akhir (^m/_s)
• v₀ = kecepatan awal (^m/_s)
• a = percepatan (^m/_s²)
• Δt = selang waktu (s)

Cara Menggunakan Rumus Kecepatan

Sebenarnya, tidak sulit untuk menerapkan rumus kecepatan ini ke dalam perhitungan. Kalian hanya perlu memasukkan nilai-nilai sesuai dengan simbol yang tertera pada rumus. Setelah itu, maka operasi perhitungan kecepatan bisa langsung dilakukan.

Jadi, langkah-langkah yang harus kalian lakukan untuk menggunakan rumus kecepatan adalah sebagai berikut:

1. Identifikasi Besaran Perpindahan

Pada rumus kecepatan rata-rata (v), terdapat simbol perubahan posisi (Δs). Ingat, jika terdapat simbol delta (Δ), maka itu artinya terdapat dua besaran yang saling diperkurangkan, dalam hal ini Δs berarti s₂ - s₁. 

Oleh karena itu, ada dua nilai perpindahan yang harus kalian cari, yaitu posisi 1 (s₁) dan posisi 2 (s₂). Di dalam rumus, nilai posisi 2 akan diperkurangkan dengan nilai posisi 1.

2. Identifikasi Besaran Waktu

Langkah selanjutnya adalah kalian harus menemukan besaran selang waktu (Δt). Sama dengan penjelasan di atas, ada 2 nilai besaran waktu yang harus kalian cari, yaitu waktu 1 (t₁) dan waktu 2 (t₂).

Di dalam rumus percepatan, nilai waktu 2 (t₂) akan diperkurangkan dengan nilai waktu 1 (t₁).

3. Membagi Perpindahan dengan Selang Waktu

Bentuk rumus kecepatan adalah operasi pembagian, di mana nilai dari perpindahan akan dibagi dengan nilai dari selang waktu. Hasil pembagian itulah yang menjadi nilai akhir kecepatan (v).

Contoh Soal Kecepatan

Nah, sekarang kita akan praktikkan langkah-langkah di atas ke dalam contoh soal kecepatan berikut ini:

Contoh Soal 1

Pak Budi naik mobil dari Yogya ke Malang yang berjarak 150 km dalam waktu 2 jam. Berapakah kecepatan rata-rata mobil Pak Budi?

Jawaban:

Diketahui:

• s = 150 km
• t = 2 jam

Ditanyakan:

• v....?

Penyelesaian:
v = ^s/_t
   = ¹⁵⁰/₂
   = 75 ^km/_jam ke Malang

Contoh Soal 2

Seorang siswa berjalan dengan lintasan ABC, seperti gambar. Selang waktu dari A ke C 10 sekon. Tentukan kelajuan dan kecepatan siswa tersebut?

Jawaban:

Diketahui:

• s = 7 m (jarak)
• s = 5 m (perpindahan)
• t = 10 s

Ditanyakan:

• v....?
• v....?

Penyelesaian:

Besar Kelajuan:
v = ^s/_t
   = ⁷/₁₀
   = 0,7 ^m/_s

Besar Kecepatan:
v = ^s/_t
   = ⁵/₁₀
   = 0,5 ^m/_s ke titik C
(Ini bukti bahwa nilai kelajuan kelajuan dan kecepatan bisa berbeda pada objek yang sama)

Contoh Soal 3

Gambar berikut menyatakan hubungan antara jarak (s) terhadap waktu (t) dari benda yang bergerak. Bila s dalam m dan t dalam sekon. Tentukan kecepatan rata-rata benda!

Jawaban:

Dari gambar, diketahui:

• Δs = 10 m
• Δt = 6 s

Ditanyakan:

• v_rata.....? 

Penyelesaian:
v_rata = ^Δs/_Δt
         = ¹⁰/₆
         = 1,67 ^m/_s

Contoh Soal 4

Sebuah pesawat jet supersonik bergerak lurus beraturan. Dalam waktu 0,2 sekon pesawat tersebut dapat menempuh jarak 50 meter. Kecepatan pesawat supersonik tersebut saat diamati adalah...

Jawaban:

Diketahui:

• ds = 50 m
• dt = 0,2 s

Ditanyakan:

• v.....? 

Penyelesaian:
v = ^ds/_dt
   = ⁵⁰/_0,2
   = 250 ^m/_s

Contoh Soal 5

Sebuah benda bergerak sepanjang garis lurus. Kedudukan benda dinyatakan dengan persamaan s = t² + t - 5. Jika s dalam meter dan t dalam sekon, tentukan:
a. Besar kecepatan rata-rata dari t = 1 s sampai t = 3 s
b. Besar kecepatan sesaat pada t = 1 s

Jawaban:

a. Besar kecepatan rata-rata

s₁(t = 1 s) = 1² + 1 - 5
                 = -3 m
s₂(t = 3 s) = 3² + 3 - 5
                 = 7 m
v_rata = ^Δs/_Δt

        = ^{s₂ - s₁}/_{t2 - t1}
        = ^{7 - (-3)}/_{3 - 1}
        = 5 ^m/_s

b. Besar Kecepatan sesaat benda

Kecepatan sesaat ditentukan dengan cara menghitung kecepatan rata-rata pada selang waktu yang semakin mendekati 0, yaitu dt = 0,1 s; dt = 0,01 s; dt = 0,001 s.

Pada selang waktu 0,1 s (Δt = 0,1 s)

s₁(t = 1 s) = 1² + 1 - 5
                 = -3 m
s₂(t = 1,1 s) = (1,1)² + 1,1 - 5
                 = -2,69 m
v_rata = ^Δs/_Δt
        = ^{s₂ - s₁}/_{t2 - t1}
        = ^{-2,69 - (-3)}/_{1,1 - 1}
        = 3,1 ^m/_s

Pada selang waktu 0,01 s (Δt = 0,01 s)

s₁(t = 1 s) = 1² + 1 - 5
                 = -3 m
s₂(t = 1,01 s) = (1,01)² + 1,1 - 5
                 = -2,9699 m
v_rata = ^Δs/_Δt
        = ^{s₂ - s₁}/_{t2 - t1}
        = ^{-2,9699 - (-3)}/_{1,01 - 1}
        = 3,01 ^m/_s

Pada selang waktu 0,001 s (Δt = 0,001 s)
s₁(t = 1 s) = 1² + 1 - 5
                 = -3 m
s₂(t = 1,001 s) = (1,001)² + 1,1 - 5
                 = -2,996999 m
v_rata = ^Δs/_Δt
        = ^{s₂ - s₁}/_{t2 - t1}
        = ^{-2,996999 - (-3)}/_{1,001 - 1}
        = 3,001 ^m/_s
Mari kita kumpulkan seluruh hasil di atas ke dalam bentuk tabel:

Δt (s)	v (m/s)
0,1	3,1 m/s
0,01	3,01 m/s
0,001	3,001 m/s

Seluruh hasil di atas memperlihatkan bahwa untuk Δt yang semakin kecil, yaitu mendekati nol, kecepatan rata-ratanya semakin mendekati 3 ^m/_s. Sehingga, kita dapat menyatakan bahwa kecepatan sesaat pada t = 1 s adalah 3 ^m/_s.

Gimana adik-adik, udah paham kan materi rumus kecepatan di atas? Kalian juga pasti bisa kok menggunakannya.

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Referensi:

• Daton, Goris Seran dkk. 2007. Fisika untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Grasindo.