Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Aplikasi Turunan : Hubungan Jarak, Kecepatan dan Percepatan 12 SMA

Ini adalah bahasan lengkap tentang aplikasi turunan yang berkaitan dengan hubungan jarak, kecepatan dan percepatan suatu objek (benda).
Ada banyak aplikasi dari konsep turunan fungsi yang bisa kamu temuin di kehidupan sehari - hari.

Salah satunya yang paling dekat dengan kehidupan kita adalah tentang hubungan antara jarak, kecepatan dan percepatan sebuah objek.

Katakan kamu dapat sebuah fungsi yang merepresentasikan posisi suatu benda (fungsi jarak) dalam satuan waktu $t$ maka dari situ kamu bisa juga mendapatkan nilai kecepatan ataupun percepatan benda tersebut pada saat $t$ satuan waktu.

Tenang.. ngga usah panik gitu.

Kita akan bahas santai aja, biar mudah dipahaminnya. Simak sampai akhir ya.

Hubungan Jarak dan Kecepatan

Misal $S(t)$ sebuah fungsi jarak yang dinyatakan dalam satuan waktu $t$ , maka $S'(t)$ menyatakan turunan pertama dari $S(t)$.

$S'(t)$ merupakan fungsi kecepatan dari objek atau benda tersebut dalam satuan waktu $t$. \[ S'(t)=V(t) \]
Kenapa turunan jarak adalah kecepatan?
$\Rightarrow$ Karena kecepatan didefinisikan sebagai laju perubahan posisi atau jarak terhadap waktu. Turunan pertama posisi terhadap waktu menunjukkan bagaimana posisi berubah seiring waktu, yang merupakan definisi dari kecepatan.

Contoh Soal
Sebuah mobil bergerak dengan kelajuan tertentu sehingga jarak tempuh setiap saat dirumuskan $S(t) = \dfrac{1}{2}t^2+3t$. $S$ dalam meter dan $t$ dalam detik. Besar kecepatan mobil saat $t=60$ detik adalah ...
$ \begin{align} & (A). 30 \ \text{meter/detik} \\ & (B). 60 \ \text{meter/detik} \\ & (C). 63 \ \text{meter/detik} \\ & (D). 90 \ \text{meter/detik} \\ & (E). 110 \ \text{meter/detik} \end{align} $
$ \begin{align} S(t) &= \dfrac{1}{2}t^2+3t \\ S'(t) &= t+3 \\ V(t) &= t+3 \\ \\ V(60) &= 60+3 \\ &= 63 \ \text{meter/detik} \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(C). 63 \ \text{meter/detik}$.

Hubungan Kecepatan dan Percepatan

Misal $V(t)$ sebuah fungsi kecepatan yang dinyatakan dalam satuan waktu $t$ , maka $V'(t)$ menyatakan turunan pertama dari $V(t)$.

$V'(t)$ merupakan fungsi percepatan dari objek atau benda tersebut dalam satuan waktu $t$. \[ V'(t)=a(t) \]
Kenapa turunan kecepatan adalah percepatan?
$\Rightarrow$ Karena percepatan mendefinisikan seberapa cepat kecepatan suatu benda berubah terhadap waktu. Dengan kata lain, percepatan adalah laju perubahan kecepatan. Jika kecepatan berubah, maka benda tersebut mengalami percepatan, baik itu percepatan positif (kecepatan meningkat) atau negatif (kecepatan menurun). .

Contoh Soal
Kecepatan benda setiap saat ditentukan dengan rumus $V(t) = 0,2t^2 — 0,4t$. Jika $a(t)$ menyatakan laju perubahan kecepatan benda pada saat $t$ detik, maka nilai percepatan benda pada saat $t=5$ detik adalah ...
$ \begin{align} & (A). 1,2 \ \text{m/d}^2 \\ & (B). 1,6 \ \text{m/d}^2 \\ & (C). 1,8 \ \text{m/d}^2 \\ & (D). 2,0 \ \text{m/d}^2 \\ & (E). 2,4 \ \text{m/d}^2 \end{align} $
$ \begin{align} V(t) &= 0,2t^2 — 0,4t \\ V'(t) &= 0,4t — 0,4 \\ a(t) &= 0,4t — 0,4 \\ \\ a(5) &= 0,4(5) — 0,4 \\ &= 1,6 \ \text{m/d}^2 \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(B). 1,6 \ \text{m/d}^2$.

Hubungan Jarak , Kecepatan dan Percepatan

Dengan memperhatikan hubungan antara jarak dan kecepatan, begitu juga antara kecepatan dan percepatan pada dua ulasan di atas tentu kamu pasti sudah bisa menebak bukan bagaimana hubungan secara hirarki diantara ketiganya.

Ketiga besaran tersebut akan mempunyai hubungan seperti di bawah ini, \[ S'(t)=V(t) \] \[ S''(t)=a(t) \] \[ V'(t)=a(t) \] Jadi, kecepatan merupakan turunan pertama dari jarak, begitu juga dengan percepatan yang merupakan turunan pertama dari kecepatan.

Namun disisi lain, percepatan juga merupakan turunan kedua dari fungsi jarak.

Contoh Soal
Didefinisikan sebuah benda berada pada posisi jarak $S(t)=t^3-5t+2t^2$ dalam km. Benda bergerak dengan kecepatan tertentu dalam km/jam. Besar perubahan kecepatan benda saat $3$ jam adalah...
$ \begin{align} & (A). 12 \ \text{km/jam}^2 \\ & (B). 15 \ \text{km/jam}^2 \\ & (C). 18 \ \text{km/jam}^2 \\ & (D). 22 \ \text{km/jam}^2 \\ & (E). 24 \ \text{km/jam}^2 \end{align} $
$ \begin{align} S(t) &= t^3-5t+2t^2 \\ V(t) &= 3t^2-5+4t \\ a(t) &= 6t+4 \\ \\ a(3) &= 6(3)+4 \\ &= 22 \ \text{km/jam}^2 \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(D). 22 \ \text{km/jam}^2$.

Contoh Soal dan Pembahasan Aplikasi Turunan : Jarak, Kecepatan dan Percepatan

Nah, biar kamu makin paham nih sama konsepnya.

Cek beberapa soal dan pembahasan di bawah ini terkait aplikasi turunan bab jarak, kecepatan dan percepatan.

Soal No.1
Diketahui fungsi jarak suatu benda terhadap waktu adalah \( s(t) = 3t^2 + 2t \). Kecepatan benda saat \( t = 2 \) detik adalah ...
$ \begin{align} & (A). 10 \ \text{m/s} \\ & (B). 12 \ \text{m/s} \\ & (C). 14 \ \text{m/s} \\ & (D). 16 \ \text{m/s} \\ & (E). 21 \ \text{m/s} \end{align} $
$ \begin{align} V(t) &= S'(t) = 6t + 2 \\ \\ V(2) &= 6(2) + 2 \\ &= 14 \ \text{m/s} \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(C). 14 \ \text{m/s}$.
Soal No.2
Jika \( s(t) = 5t^3 - 6t^2 + 4t \), maka percepatan saat \( t = 1 \) detik adalah ...
$ \begin{align} & (A). 0 \ \text{m/s}^2 \\ & (B). 4 \ \text{m/s}^2 \\ & (C). 8 \ \text{m/s}^2 \\ & (D). 10 \ \text{m/s}^2 \\ & (E). 18 \ \text{m/s}^2 \end{align} $
$ \begin{align} V(t) &= S'(t) = 15t^2 - 12t + 4 \\ \\ a(t) &= V'(t) = 30t - 12 \\ a(1) &= 30(1) - 12 \\ &= 18 \ \text{m/s}^2 \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(E). 18 \ \text{m/s}^2$.
Soal No.3
Sebuah benda bergerak dengan posisi \( s(t) = t^3 - 6t^2 + 9t \) dalam satuan meter dan $t$ dalam detik. Benda berhenti bergerak saat ...
$ \begin{align} & (A). t=2 \ \text{detik} \\ & (B). t=3 \ \text{detik} \\ & (C). t=5 \ \text{detik} \\ & (D). t=7 \ \text{detik} \\ & (E). t=10 \ \text{detik} \end{align} $
$ \begin{align} V(t) &= S'(t) = 3t^2 - 12t + 9 \end{align} $

Benda tersebut akan berhenti bergerak ketika $V(t) = 0$, sehingga

$ \begin{align} V(t) &= 0 \Rightarrow 3t^2 - 12t + 9 = 0 \\ &(t - 1)(t - 3) = 0 \\ & t=1 \ \text{atau} \ t=3 \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(B). t=3 \ \text{detik}$.
Soal No.4
Kecepatan suatu benda adalah \( V(t) = 6t - 4 \) dalam meter perdetik. Percepatan benda adalah ... m/detik$^2$
$ \begin{align} & (A). 2 \\ & (B). 4 \\ & (C). 6 \\ & (D). 9 \\ & (E). 10 \end{align} $
$ \( a(t) = V'(t) = 6 \) $\to$ percepatan tetap

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(C). 6 $.
Soal No.5
Jarak tempuh suatu benda adalah \( S(t) = 4t^2 + 2t \). Benda mengalami percepatan konstan, diantara pernyataan beikut yang bernilai BENAR adalah ...
  1. \( V(t) \) linear
  2. \( a(t) \) konstan
  3. \( S(t) \) kuadrat
  4. \( a(t) \gt V(t) \)
$(A).$ $(1)$, $(2)$, dan $(3)$ SAJA.
$(B).$ $(1)$ dan $(3)$ SAJA.
$(C).$ $(2)$ dan $(4)$ SAJA.
$(D).$ $(4)$ SAJA.
$(E).$ SEMUA benar.
\( v(t) = s'(t) = 8t + 2 \) → linear
\( a(t) = v'(t) = 8 \) → konstan
\( s(t) \) bentuk kuadrat

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(A).$ $(1)$, $(2)$, dan $(3)$ SAJA.
Soal No.6
Jika \( S(t) = -2t^3 + 12t^2-3 \) menyatakan posisi benda dalam meter dan $t$ dalam detik maka benda akan bergerak mencapai kecepatan maksimum saat ... detik
$ \begin{align} & (A). 2 \\ & (B). 4 \\ & (C). 6 \\ & (D). 9 \\ & (E). 10 \end{align} $
$ \begin{align} V(t) &= S'(t) = -6t^2 + 24t \end{align} $

Benda akan mencapai kecepatan maksimum saat fungsi kecepatan $V(t)$ dalam keadaan stasionernya, yaitu saat $V'(t)=0$.

Sehingga,

$ \begin{align} V'(t) \to -12t + 24 &= 0 \\ -12t &= -24 \\ t &= 2 \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(A). 2$.
Soal No.7
Jika \( V(t) = 10 \), maka...
$ \begin{align} & (A). \text{benda diam} \\ & (B). \text{percepatan 0} \\ & (C). \text{benda dipercepat} \\ & (D). \text{benda diperlambat} \\ & (E). \text{posisi tetap} \end{align} $
Kecepatan konstan → percepatan = 0

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(B). \text{percepatan 0} $.
Soal No.8
Diketahui \( S(t) = t^3 - 3t^2 + 2 \). Jika $a$ dan $b$ berturut - turut menyatakan besar kecepatan dan percepatan benda bergerak saat \( t = 2 \) maka nilai dari $2a+b=$ ...
$ \begin{align} & (A). 2 \\ & (B). 4 \\ & (C). 6 \\ & (D). 9 \\ & (E). 10 \end{align} $
\( V(t) = 3t^2 - 6t \Rightarrow V(2) = 12 - 12 = 0 \)
\( a(t) = 6t - 6 \Rightarrow a(2) = 12 - 6 = 6 \)

Kita dapatkan $a=0$ dan $b=6$, sehingga

$2a+b=2(0)+6=6$

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(C). 6$.
Soal No.9
Sebuah benda bergerak dengan \( S(t) = 2t^3 - 9t^2 + 12t \) dalam meter dan $t$ dalam detik. Kecepatan minimumnya terjadi pada ... detik
$ \begin{align} & (A). t=1 \\ & (B). t=1,5 \\ & (C). t=2 \\ & (D). t=2,5 \\ & (E). t=3 \end{align} $
\( V(t) = 6t^2 - 18t + 12 \)

Benda bergerak pada kecepatan minimum saat fungsi kecepatan $V(t)$ mencapai kondisi stasioner, yaitu $V'(t)=0$.

Sehingga,

$ \begin{align} V'(t) \to 12t-18 &= 0 \\ 12t &= 18 \\ t &= 1,5 \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $(B). t=1,5$.
Soal No.10
Andi melempar bola dari atap sebuah rumah. Ketinggian bola saat waktu $t$ (detik) dinyatakan dengan persamaan $h(t)=5+ \sin^2 \pi t$. Kecepatan bola ditentukan dengan rumus $V(t)=\dfrac{dh}{dt}$.

Besar kecepatan bola saat $t=0,25$ detik adalah ....
$ \begin{align} & (A). 0 \\ & (B). \pi \\ & (C). 2\pi \\ & (D). 3\pi \\ & (E). 4\pi \end{align} $
$ \begin{align} V(t) &= 2 \ \sin \pi t ( \pi \cos \pi t) \\ V(t) &= \pi \sin 2 \pi t \\ \\ V(t) &= \pi \sin 2 \pi (0,25) \\ &= \pi \sin 0,5 \pi \\ &= \pi \end{align} $

Jadi, pilihan jawaban yang TEPAT adalah $ (B). \pi $.

Penutup: Jarak, Kecepatan, Percepatan Akan Selalu Berkaitan Satu Sama Lain

Nah, itu dia pembahasan seru tentang aplikasi turunan dalam hubungan jarak, kecepatan, dan percepatan.

Walaupun awalnya kelihatan ribet, tapi makin dipelajari, makin kelihatan deh kalau turunan itu punya peran penting banget di kehidupan nyata—terutama di dunia fisika dan teknik.

Buat kamu yang lagi persiapan UTBK, ujian sekolah, atau bahkan cuma pengen ngerti lebih dalam, tetap semangat belajar, ya!🔥🔥🔥

Ingat, ngerti konsep dari sekarang itu ibarat investasi buat masa depan.

Nggak ada usaha yang sia-sia kalau kamu terus konsisten.

Dan seperti kata Albert Einstein: “Education is not the learning of facts, but the training of the mind to think.” Yuk, terus latih logika dan rasa penasaranmu.

Karena setiap rumus yang kamu pelajari hari ini, bisa jadi kunci buat mimpi besarmu di masa depan.

Sampai ketemu di topik seru lainnya. Semangat, pejuang 12 SMA! 💪✨

"Tidak ada yang perlu ditakuti dalam hidup ini, hanya perlu dipahami." – Marie Curie
Kreatif Matematika
Kreatif Matematika Teman Ngopi Belajar Matematika