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 U
B. 0,6 U
C. 3 U
D. 6 U
E. 30 U
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Massa benda (m) = 200 gram = 200/1000 kg = 2/10 kg = 0,2 kg
Halaju sudut (ω) = 5 radian/saat
Panjang tali = jari-jari (r) lintasan melingkar = 60 cm = 60/100 meter = 0,6 meter
Ditanya: Besar gaya sentripetal yang bekerja pada benda adalah….
Jawapan:
Gaya sentripetal adalah resultan gaya yang menyebabkan benda mengalami percepatan sentripetal. Rumus gaya sentripetal :
∑F = mas
∑F = mv2/r = mω2 r
Penerangan: ∑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
Jawapan yang betul ialah 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 asal
B. 5 kali lagi
C. 4 kali semula
D. 2 kali lagi
E. 2 kali asal
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Massa batu = m
Kelajuan batu = v
Panjang tali = jari-jari = r
Ditanya: Jika laju menjadi 2 kali semula, gaya sentripetalnya menjadi…
Jawapan:
Jika laju menjadi 2 kali semula, maka gaya sentripetal menjadi :
Gaya sentripetal menjadi 4 kali semula.
Jawapan yang betul ialah 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
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Laju (v) = 10 m/s
Koefisien gesekan antara ban dan jalan (μs) = 0,5
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Ditanya: Jari-jari kelengkungan jalan (R meter)
Jawapan:
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 ms-1
B. 2√10 ms-1
C. 4√10 ms-1
D. 5√10 ms-1
E. 6√10 ms-1
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Koefisien gesek statis (μs) = 0,4
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Jari-jari kelengkungan (R) = 40 meter
Ditanya: kecepatan maksimum (v)
Jawapan:
Formula Hukum kedua Newton PADA gerakan membulat seragam
Penerangan:
ΣF = gaya sentripetal = resultan gaya = gaya total, m = massa benda, as = 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 :
Penerangan:
μs = koefisien gesek statis, w = berat benda, m = massa benda, g = percepatan gravitasi.
Hitung kecepatan maksimum (v) :
Jawapan yang betul ialah C.
Sumber soalan:
Soalan Fizik Peperiksaan Kebangsaan untuk Sekolah Menengah Atas/Sekolah Menengah Vokasional
