Contoh soal Gaya Sentripetal

4 Contoh soal Gaya Sentripetal

1. Sebuah benda yang bermassa 200 gram diikat dengan tali ringan kemudian diputar secara horizontal dengan kecepatan sudut tetap sebesar 5 rad s^–1, seperti pada gambar berikut. Jika panjang tali l = 60 cm, maka besar gaya sentripetal yang bekerja pada benda adalah …

A. 0,3 N

B. 0,6 N

C. 3 N

D. 6 N

E. 30 N

Pembahasan

Diketahui :

Massa benda (m) = 200 gram = 200/1000 kg = 2/10 kg = 0,2 kg

Kecepatan sudut (ω) = 5 radian/sekon

Panjang tali = jari-jari (r) lintasan melingkar = 60 cm = 60/100 meter = 0,6 meter

Ditanya : Besar gaya sentripetal yang bekerja pada benda adalah….

Jawab :

Gaya sentripetal adalah resultan gaya yang menyebabkan benda mengalami percepatan sentripetal. Rumus gaya sentripetal :

∑F = m a_s

∑F = m v²/r = m ω² r

Keterangan : ∑F = gaya sentripetal, m = massa benda, v = kecepatan tangensial, ω = kecepatan sudut, r = jari-jari lintasan melingkar.

∑F = m ω² r = (0,2)(5)² (0,6) = (0,2)(25)(0,6) = 3 Newton

Jawaban yang benar adalah C.

2. Seorang siswa memutar sebuah batu yang diikatkan pada ujung seutas tali. Batu diputar secara horizontal seperti gambar di atas. Jika laju berputarnya batu dijadi kan 2 kali semula, maka gaya sentripetalnya menjadi …

A. 6 kali semula

B. 5 kali semula

C. 4 kali semula

D. 2 kali semula

E. 2 kali semula

Pembahasan

Diketahui :

Massa batu = m

Kelajuan batu = v

Panjang tali = jari-jari = r

Ditanya : Jika laju menjadi 2 kali semula, gaya sentripetalnya menjadi…

Jawab :

Jika laju menjadi 2 kali semula, maka gaya sentripetal menjadi :

Gaya sentripetal menjadi 4 kali semula.

Jawaban yang benar adalah C.

3. Sebuah belokan jalan datar dirancang untuk dilalui mobil dengan kecepatan maksimum 10 ms^–1. Diketahui koefisien gesekan antara ban dan jalan 0,5 dan jari-jari kelengkungan jalan R m. Maka nilai R adalah…. (g = 10 ms^–2)

A. 7,5 meter

B. 8,0 meter

C. 10 meter

D. 15 meter

E. 20 meter

Pembahasan

Diketahui :

Kecepatan (v) = 10 m/s

Koefisien gesekan antara ban dan jalan (μ_s) = 0,5

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²

Ditanya : Jari-jari kelengkungan jalan (R meter)

Jawab :

Satu-satunya resultan gaya pada arah horisontal yang bekerja pada mobil ketika mobil menikung adalah gaya gesek statis. Rumus gaya gesek statis :

4. Mobil melaju pada sebuah tikungan jalan raya di posisi M seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Koefisien gesekan statis antara roda dan jalan 0,4 (percepatan gravitasi 10 m.s^-2). Agar mobil tidak keluar jalur, kecepatan maksimum yang diperbolehkan adalah…

A. √10 m.s^-1

B. 2√10 m.s^-1

C. 4√10 m.s^-1

D. 5√10 m.s^-1

E. 6√10 m.s^-1

Pembahasan

Diketahui :

Koefisien gesek statis (μ_s) = 0,4

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²

Jari-jari kelengkungan (R) = 40 meter

Ditanya : kecepatan maksimum (v)

Jawab :

Rumus hukum II Newton pada gerak melingkar beraturan

Keterangan :

ΣF = gaya sentripetal = resultan gaya = gaya total, m = massa benda, a_s = percepatan sentripetal, v = kelajuan linear, R = jari-jari kelengkungan

Gaya sentripetal

Gaya sentripetal merupakan resultan gaya yang arahnya menuju pusat lintasan melingkar. Ketika mobil bergerak melingkar, satu-satunya gaya yang arahnya ke pusat lingkaran adalah gaya gesek statis, sehingga gaya gesek statis merupakan gaya sentripetal.

Rumus gaya gesek statis :

Keterangan :

μ_s = koefisien gesek statis, w = berat benda, m = massa benda, g = percepatan gravitasi.

Hitung kecepatan maksimum (v) :

Jawaban yang benar adalah C.

Sumber soal:

Soal UN Fisika SMA/MA