Contoh soal gerak melingkar beraturan

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
Contoh-soal-gerak-melingkar-beraturan-1(a) kelajuan sudut setelah 10 sekon
Partikel bergerak melingkar beraturan = partikel bergerak dengan kecepatan sudut tetap. Jadi kelajuan sudut setelah 10 sekon tetap 10 radian/sekon.

(b) sudut yang dikelilingi setelah 10 sekon
Kelajuan sudut konstan 10 radian / sekon artinya setiap 1 sekon, partikel mengelilingi sudut 10 radian. Setelah 2, partikel telah mengelilingi sudut 2 x 10 = 20 radian. Setelah 10 sekon, partikel telah mengelilingi sudut 10 x 10 radian = 100 radian.

2. Sebuah titik pada tepi silinder bergerak melingkar dengan kelajuan konstan 10 m/s. Jari-jari silinder = 1 meter. Tentukan (a) kelajuan tepi silinder 5 sekon kemudian (b) jarak yang ditempuh tepi silinder 5 sekon kemudian (c) percepatan sentripetal titik yang berjarak 0,5 meter dan 1 meter dari poros alias sumbu putar.
Pembahasan

Contoh-soal-gerak-melingkar-beraturan-3(a) kelajuan titik pada tepi silinder setelah 5 sekon
Silinder bergerak melingkar dengan kelajuan konstan karenanya 5 sekon kemudian, kelajuan tepi silinder tetap 10 meter/sekon

(b) jarak tempuh titik pada tepi silinder setelah 5 sekon
Tanpa rumus
Kelajuan 10 meter/sekon artinya setiap 1 sekon, titik pada tepi selinder bergerak sejauh 10 meter. Setelah 1 sekon, titik pada tepi silinder bergerak sejauh 10 meter. Setelah 2 sekon, titik pada tepi silinder bergerak sejauh 20 meter. Setelah 5 sekon, titik pada tepi silinder bergerak melingkar sejauh 50 meter.
Menggunakan rumus :
v = s / t
s = v t = (10)(5) = 50 meter
(c) percepatan sentripetal (as)
Percepatan sentripetal sebuah titik berjarak 0,5 meter dari poros adalah :
as = v2 / r = 102 / 0,5 = 100 / 0,5 = 200 m/s2
Percepatan sentripetal sebuah titik berjarak 1 meter dari poros adalah :
as = v2 / r = 102 / 0,5 = 100 / 1 = 100 m/s2

3. Sebuah meja putar berjari-jari 2 meter bergerak kelajuan sudut konstan 60 rpm. Tentukan (a) besar kecepatan sudut meja putar 2 sekon kemudian (b) sudut yang dikelilingi meja putar setelah 1 menit (b) kelajuan tangensial, percepatan sentripetal dan jarak yang ditempuh suatu titik berjarak 1 meter dari poros alias sumbu putar (c) kelajuan tangensial, percepatan sentripetal dan jarak yang ditempuh suatu titik pada tepi meja putar.
Pembahasan
Diketahui :
Contoh-soal-gerak-melingkar-beraturan-2Jawab :
(a) kelajuan sudut ( ) setelah 2 sekon
Kelajuan sudut konstan karenanya setelah 2 sekon kelajuan sudut meja putar tetap 6,28 radian / sekon
(b) sudut ( ) yang dikelilingi meja putar setelah 1 menit
Kelajuan sudut 1 putaran / sekon artinya setiap 1 sekon meja putar melakukan 1 putaran. Setelah 60 sekon, meja putar melakukan 60 putaran. Atau dengan cara lain,
Kelajuan sudut 6,28 radian / sekon artinya setiap 1 sekon meja putar mengelilingi sudut 6,28 radian. Setelah 60 sekon, meja putar mengelilingi sudut 376,8 radian.

BACA JUGA  Contoh soal penerapan hukum I termodinamika pada proses isokhorik (volume tetap)

4. Roda sebuah mobil selalu melakukan 120 putaran setiap 60 sekon. Berapa kelajuan sudut roda ? Nyatakan dalam : (a) revolution per minute (rpm) atau putaran per menit (b) derajat per sekon (o/s) (c) radian per sekon (rad/s)
Pembahasan
(a) kelajuan sudut roda dalam satuan putaran / menit (rpm)
120 putaran / 60 sekon = 120 putaran / 1 menit = 120 putaran / menit = 120 rpm
(b) kelajuan sudut roda dalam satuan derajat / sekon (o/s)
1 putaran = 360o, 120 putaran = 43200o
Jadi 120 putaran / 60 sekon = (120)(360o) / 60 sekon = 43200o / 60 sekon = 720o/sekon
(c) kelajuan sudut roda dalam satuan radian/sekon (rad/s)
1 putaran = 6,28 radian
Jadi 120 putaran / 60 sekon = (120)(6,28) radian / 60 sekon = 753,6 radian / 60 sekon = 12,56 radian/sekon

5. Sebuah kelereng diputar dalam baskom berbentuk lingkaran berdiameter 1 m. Jika kelereng memutari pinggir baskom dengan kecepatan sudut tetap 50 rpm, maka kecepatan linear dan percepatan sentripetal kelereng adalah….

A. 50 m.s-1 dan 2500 m.s-2
B. 5π m.s-1 dan 25π2 m.s-2
C. 5π/3 m.s-1 dan 25π2/18 m.s-2
D. 5π/6 m.s-1 dan 25π2/18 m.s-2
E. 5π/12 m.s-1 dan 25π2/36 m.s-2

Pembahasan
Diketahui :
Diameter lingkaran (D) = 1 meter
Jari-jari lingkaran (r) = 0,5 meter
Kecepatan sudut (ω) = 50 rpm = 50 putaran / 1 menit
1 putaran = 2π radian
50 putaran = 50 (2π radian) = 100π radian
1 menit = 60 sekon
Kecepatan sudut (ω) = 100π radian / 60 sekon = (10π/6) radian/sekon
Ditanya : Kecepatan linear (v) dan percepatan sentripetal (as)
Jawab :

Kecepatan linear (v) :
v = r ω = (0,5)(10π/6) = 5π/6 m/s
Percepatan sentripetal (as) :
as = v2/r = (5π/6)2 : 0,5 = 25π2/36 : 0,5 = (25π2/36)(1/0,5)
as = (25π2/18) m/s2
Jawaban yang benar adalah D.

BACA JUGA  Rumus bayangan cermin cekung

6. Sebuah benda bergerak melingkar dengan jari-jari 50 cm. Jika benda melakukan 120 rpm, maka waktu putaran dan kecepatan benda tersebut berturut-turut adalah….

A. 0,5 s dan 2π m.s-1
B. 0,5 s dan 0,2π m.s-1
C. 0,5 s dan π m.s-1
D. 2 s dan 5π m.s-1
E. 2 s dan 10π m.s-1

Pembahasan
Diketahui :
Jari-jari (r) = 50 cm = 0,5 meter
Kecepatan sudut (ω) = 120 rpm = 120 putaran / 1 menit = 120 putaran / 60 menit = 2 putaran / 1 detik
1 putaran = 2π radian
Kecepatan sudut (ω) = 2 (2π radian) / 1 detik = 4π radian/detik
Ditanya : Waktu putaran (T) dan kecepatan linear (v)
Jawab :
Waktu putaran atau periode (T) :
Periode adalah waktu yang dibutuhkan benda untuk melakukan satu putaran.
Benda melakukan 2 putaran per 1 detik = benda melakukan 1 putaran per 0,5 detik. Jadi waktu putaran atau periode adalah 0,5 detik.
Kecepatan benda (v) :
v = r ω = (0,5 meter)(4π radian/detik) = 2π meter/detik
Jawaban yang benar adalah A.

Pelajari materi gerak melingkar dan gerak melingkar beraturan agar lebih memahami pembahasan soal ini.

7. Roda berjari-jari 10 cm berputar secara beraturan sehingga menempuh 180 putaran tiap menit. Kecepatan linear suatu titik di tepi roda adalah…
Gerak melingkar dan roda berhubungan 0Pembahasan
Diketahui :
Gerak melingkar dan roda berhubungan 1Ditanya :
Kecepatan linear (v) ?
Jawab :
Titik di tepi roda berjarak 0,1 meter dari pusat roda.
Gerak melingkar dan roda berhubungan 2Jawaban yang benar adalah A.

8. Sebuah benda bergerak dengan kelajuan konstan v melalui lintasan yang berbentuk lingkaran berjari-jari R dengan percepatan sentripetal (as). Agar percepatan sentripetal menjadi tiga kali dari semula maka…..
A. v dijadikan 4 kali dan R dijadikan 2 kali semula
B. v dijadikan 2 kali dan R dijadikan 4 kali semula
C. v dijadikan 3 kali dan R dijadikan 3 kali semula
D. v tetap dan R dijadikan 2 kali semula
E. v dijadikan 2 kali semula dan R tetap
Pembahasan
Gerak melingkar dan roda berhubungan 3Jawaban yang benar adalah C.

9. Roda A, B dan C saling berhubungan seperti pada gambar. Jika jari-jari roda A, B dan C masing-masing 10 cm, 4 cm dan 2 cm, dan roda B berputar dengan kecepatan sudut 5 rad.s-1 maka roda C berputar dengan kecepatan sudut sebesar….
Gerak melingkar dan roda berhubungan 4A. 80 rad.s-1
B. 55 rad.s-1
C. 40 rad.s-1
D. 25 rad.s-1
E. 10 rad.s-1
Pembahasan
Diketahui :
Gerak melingkar dan roda berhubungan 5Jawab :
Hubungan roda A dan roda B
Roda A dan roda B saling menempel karenanya roda A dan roda B berputar secara bersama-sama. Karena berputar bersama-sama maka kecepatan sudut roda A = kecepatan sudut roda B.
Gerak melingkar dan roda berhubungan 6Hubungan roda A dan roda C
Keliling roda A jauh lebih besar daripada keliling roda C. Jika roda C telah menempuh sudut 360o atau melakukan satu putaran, dalam waktu yang sama, roda A belum mencapai 360o atau satu putaran. Dengan demikian, kecepatan sudut roda A tidak sama dengan kecepatan sudut roda C.
Walaupun demikian, roda A dan roda C dihubungkan dengan tali. Karena dihubungkan dengan tali maka selama selang waktu yang sama, jarak yang ditempuh tepi roda A = jarak yang ditempuh tepi roda C. Jadi kecepatan linear roda A = kecepatan linear roda B.
Kesimpulan :
Gerak melingkar dan roda berhubungan 7Jawaban yang benar adalah D.

BACA JUGA  Rumus hukum Ampere GGL induksi transformator

Gerak Melingkar

10. Sebuah benda bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari 6 meter. Jika dalam 2 menit benda itu melakukan 16 kali putaran, maka kecepatan linear benda tersebut adalah….
A. 0,8 p m.s−1
B. 1,0 p m.s−1
C. 1,2 p m.s−1
D. 1,4 p m.s−1
E. 1,6 p m.s−1
Pembahasan
Diketahui :
Jari-jari (r) = 6 meter
Kecepatan sudut (ω) = 16 putaran / 2 menit = 8 putaran / menit = 8 putaran / 60 sekon = 0,13 putaran/sekon.
Ditanya : kecepatan linear (v) ?
Jawab :
Rumus hubungan antara kecepatan linear (v) dan kecepatan sudut (ω) :
v = r ω = (6 meter)(0,13 putaran/sekon) = 0,8 putaran meter/sekon
Jawaban yang benar adalah A.

Jika dinyatakan dalam radian :
1 putaran = 2π radian = 2(3,14) = 6,28 radian
Kecepatan sudut = 8 (6,28) radian / 60 sekon = 50,24 radian / 60 sekon = 0,84 radian/sekon
v = r ω = (6 meter)(0,84 radian/sekon) = 5,04 radian/sekon

11. Baling-baling kipas angin berjari-jari 20/π cm mampu berputar 4 kali dalam 1 sekon. Kecepatan linear ujung baling-baling adalah…
A. 3,2 m.s-1
B. 1,6 m.s-1
C. 1,3 m.s-1
D. 1,0 m.s-1
E. 0,8 m.s-1
Pembahasan
Diketahui :
Jari-jari (r) = 20/π  m = 20 / 3,14 cm = 6,4 cm = 0,064 meter
Kecepatan sudut (ω) = 4 putaran / 1 sekon = 4 putaran/sekon
1 putaran = (2)(3,14) radian = 6,28 radian
Kecepatan sudut (ω) = (4)(6,28) radian/sekon = 25,12 radian/sekon
Ditanya : kecepatan linear (v) ujung baling-baling ?
Jawab :
v = r ω = (0,064 meter)(25,12 radian/sekon) = 1,6 meter/sekon
Jawaban yang benar adalah B.

 

Print Friendly, PDF & Email

Tinggalkan komentar

Situs ini menggunakan Akismet untuk mengurangi spam. Pelajari bagaimana data komentar Anda diproses.