11 Contoh Soal Gerak Melingkar Beraturan
1. Sebuah partikel bergerak melingkar dengan kelajuan sudut konstan 10 rad/s. Tentukan (a) kelajuan sudut partikel setelah 10 sekon (b) sudut yang dikelilingi partikel setelah 10 sekon.
Pembahasan
(a) kelajuan sudut setelah 10 sekon
Percepatan merupakan besaran vektor, besaran fisika yang mempunyai besar dan arah. Lambangnya adalah a (acceleration). Satuan internasionalnya adalah meter per sekon kuadrat, disingkat m/s2.
Percepatan Rata-rata
Contoh soal.
Mobil yang pada mulanya diam 5 sekon kemudian bergerak ke timur dengan kecepatan sebesar 10 m/s. Tentukan besar percepatan rata-rata.
Pembahasan
Apabila anda mendorong sebuah buku yang terletak di atas meja hingga buku bergerak maka anda melakukan usaha pada buku tersebut. Ketika sebuah benda jatuh ke permukaan bumi karena ditarik oleh gaya gravitasi bumi maka gaya gravitasi bumi melakukan usaha pada benda tersebut. Sebaliknya jika anda mendorong sebuah benda sekuat tenaga hingga bermandikan keringat tetapi jika benda itu tidak bergerak maka anda tidak melakukan usaha pada benda tersebut. Dalam kehidupan sehari-hari, anda dikatakan telah melakukan usaha atau kerja keras mendorong benda tetapi menurut fisika anda tidak melakukan usaha pada benda tersebut karena benda tidak mengalami perpindahan (benda tidak berpindah tempat).
Materi Momentum Sudut
Benda yang melakukan gerak lurus mempunyai momentum yang dapat dihitung menggunakan rumus :
p = m v
Keterangan :
p = momentum (satuan internasionalnya adalah kilogram meter / sekon, disingkat kg m/s)
m = massa (satuan internasionalnya adalah kilogram, disingkat kg)
v = kecepatan (satuan internasionalnya adalah meter / sekon, disingkat m/s)
Besaran fisika pada gerak rotasi yang identik dengan massa (m) pada gerak lurus adalah momen inersia (I). Besaran fisika pada gerak rotasi yang identik dengan kecepatan (v) pada gerak lurus adalah kecepatan sudut. Dengan demikian, benda yang bergerak rotasi mempunyai momentum yang dapat dihitung menggunakan rumus :
Materi Momen Inersia
Ada dua benda, salah satu benda massanya kecil dan benda lain mempunyai massa lebih besar. Benda manakah yang lebih mudah bergerak jika didorong dengan gaya yang sama ? Kenyataan menunjukan bahwa benda yang massanya lebih kecil lebih mudah bergerak daripada benda yang massanya lebih besar. Jadi besar atau kecil massa benda menentukan besar atau kecil percepatan gerak benda jika dikerjakan suatu gaya. Jika dalam gerak lurus, massa benda menentukan apakah suatu benda mudah atau sulit digerakkan (dipercepat) maka dalam gerak rotasi, momen inersia suatu benda menentukan apakah suatu benda mudah atau sulit digerakkan.
Materi Momen Gaya (Torsi)
Lengan Gaya
Tinjau sebuah benda yang berotasi, misalnya pintu rumah. Ketika pintu dibuka atau ditutup, pintu berotasi. Engsel yang menghubungkan pintu dengan tembok berperan sebagai sumbu rotasi.
Gambar pintu dilihat dari atas. Tinjau sebuah contoh di mana pintu didorong dengan dua gaya, di mana kedua gaya mempunyai besar dan arah sama; arah gaya tegak lurus pintu.
Sebelumnya anda sudah mempelajari hukum II Newton yang dinyatakan melalui persamaan :
Persamaan ini menjelaskan hubungan antara resultan gaya alias gaya total dengan massa dan percepatan. Adanya resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda bermassa menyebabkan benda bermassa benda tersebut mengalami percepatan.
Kali ini akan diperkenalkan bentuk lain dari hukum II Newton, yang menjelaskan hubungan antara resultan gaya dengan perubahan momentum.
Kecepatan merupakan besaran vektor sedangkan kelajuan merupakan besaran skalar. Kecepatan mempunyai besar dan arah, sedangkan kelajuan hanya mempunyai besar saja. Satuan internasionalnya adalah meter per sekon, disingkat m/s atau ms-1. Lambangnya adalah v (velocity).
Kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata
Pelajari juga contoh soal Kecepatan tangensial dan kecepatan sudut
Jika suatu benda berputar searah putaran jarum jam dan menempuh satu putaran (360o) selama 1 sekon maka besar kecepatan sudut semua bagian kipas angin adalah 1 putaran/sekon = 360o/sekon = 6,28 radian/sekon dan arah kecepatan sudut searah putaran jarum jam. Jika jari-jari kipas angin 20 cm maka tepi kipas angin bergerak melingkar dengan kecepatan sebesar (2)(3,14)(20 cm) / 1 sekon = 125,6 cm/s = 1,256 m/s. Titik yang berjarak 1 cm (0,01 m) dari poros bergerak melingkar dengan kecepatan sebesar (2)(3,14)(1 cm) / 1 sekon = 6,28 cm/s = 0,0628 m/s. Semakin kecil r, semakin kecil kecepatan. Pada gerak melingkar, kecepatan biasanya disebut kecepatan tangensial. Disebut tangensial karena arah kecepatan selalu menyinggung lintasan melingkar.
Pengertian Jarak
Jarak adalah panjang lintasan yang dilalui suatu benda. Jarak merupakan besaran skalar, besaran fisika yang hanya mempunyai besar saja dan tidak mempunyai arah. Satuan internasional jarak adalah meter, disingkat m. Lambang jarak adalah s.
Pengertian Perpindahan
Perpindahan adalah perubahan posisi suatu benda. Perpindahan merupakan besaran vektor, besaran fisika yang mempunyai besar dan arah. Arah perpindahan dapat dinyatakan dengan arah mata angin (utara, timur, selatan, barat dll) atau menggunakan kata ke kiri, ke kanan, ke atas atau ke bawah.
