Gerakan Melingkar
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| uniform circular motion/ˈjuːnɪfɔːm ˈsɜːkjʊlə ˈməʊʃn/ | gerak melingkar beraturan |
| centripetal acceleration/senˈtrɪpɪtl əkˌseləˈreɪʃn/ | percepatan sentripetal |
| centripetal force/senˈtrɪpɪtl fɔːs/ | kekuatan sentripetal |
| tangential/tænˈdʒenʃl/ | tangensial |
Memotong tali membuatnya terbang lurus
- Putar bola yang diikat tali dalam lintasan lingkaran, lalu lepaskan tiba-tiba.
- Bola itu tidak melengkung ke luar -- ia meleset keluar dalam garis lurus, sepanjang garis singgung.
- Jadi sesuatu harus terus-menerus membengkokkan lintasannya ke dalam.
- Tarikan ke dalam itulah rahasia dari semua gerak melingkar.
Gerak melingkar beraturan
- Dalam gerak melingkar beraturan, kecepatan (speed) adalah konstan.
- Namun arah terus berubah -- sehingga vektor kecepatan berubah, yang berarti benda sedang mengalami percepatan.
- Benda dapat bergerak dengan kecepatan konstan namun tetap mengalami percepatan, selama lintasannya berbelok.
Benda yang bergerak dalam lingkaran dengan kecepatan konstan mengalami percepatan.
Arahnya berubah, sehingga kecepatannya berubah -- itu adalah percepatan, bahkan pada kecepatan konstan.
Percepatan sentripetal
- Percepatan dalam gerak melingkar disebut percepatan sentripetal:
- Arahnya selalu menuju pusat lingkaran.
- Kecepatan gerak yang lebih tinggi atau lintasan yang lebih ketat ($r$ lebih kecil) menghasilkan percepatan ke dalam yang lebih besar.
Mobil memutar tikungan berjari-jari $50\ \text{m}$ pada $10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$. Berapakah percepatan sentripetalnya (dalam $\tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$)?
$a_c = v^2/r = 100/50 = 2\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$, diarahkan ke arah pusat.
Percepatan sentripetal mengarah...
"Sentripetal" berarti menuju pusat -- selalu menuju pusat lingkaran.
Gaya sentripetal
- Berdasarkan $\sum F = ma$, percepatan ke dalam ini membutuhkan gaya sentripetal ke dalam:
- Ini bukan jenis gaya baru -- melainkan peran yang diisi oleh tegangan tali, gravitasi, gesekan, atau gaya normal.
- Identifikasi gaya nyata mana yang mengarah ke pusat; gaya itulah yang merupakan gaya sentripetal.
Apa yang menyediakan gaya sentripetal?
Gerak melingkar seragam memerlukan gaya total menuju pusat. Cocokkan setiap kasus dengan sumbernya.
Untuk mobil yang berbelok di jalan datar, apa yang menyediakan gaya sentripetal?
Gaya gesek mengarah ke dalam dan menyediakan gaya sentripetal -- itulah sebabnya jalan licin membuat mobil tergelincir keluar.
Gaya sentripetal bukan merupakan gaya baru -- ia adalah ____ yang diisi oleh gaya nyata seperti tegangan atau gravitasi.
Selalu identifikasi gaya nyata ke arah dalam yang bekerja; gaya itu adalah gaya sentripetal.
Bola $2\ \text{kg}$ berayun pada tali dalam lingkaran berjari-jari $1\ \text{m}$ pada $3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$. Tegangan berapa yang diperlukan (dalam N)?
$F_c = mv^2/r = (2 \times 9)/1 = 18\ \text{N}$, menunjuk ke arah pusat.
Ketika kecepatan juga berubah
- Jika benda juga dipercepat atau diperlambat, gayanya memiliki dua komponen.
- Komponen tangensial mengubah kecepatan (sepanjang arah gerak).
- Komponen radial (sentripetal) tetap membengkokkan lintasan ke dalam.
Bola $0.5\ \text{kg}$ yang diikat tali berayun dalam lingkaran berjari-jari $2\ \text{m}$ pada kecepatan $4\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Percepatan sentripetal: $a_c = \dfrac{v^2}{r} = \dfrac{16}{2} = 8\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$.
- Tegangan yang dibutuhkan: $F_c = \dfrac{mv^2}{r} = \dfrac{0.5 \times 16}{2} = 4\ \text{N}$, arahnya ke dalam.
Tidak ada "gaya sentrifugal" ke luar yang mendorong bola. Satu-satunya gaya nyata adalah tegangan ke dalam. Rasa dorongan ke luar berasal dari inersia tubuh yang mencoba bergerak lurus -- potong tali dan bola membuktikan hal itu dengan meleset keluar sepanjang garis singgung, bukan ke arah luar.
Dalam gerak melingkar beraturan, kecepatan konstan namun benda tetap mengalami percepatan -- percepatan sentripetal $a_c = v^2/r$ mengarah ke pusat. Gaya nyata ke dalam mengisi peran gaya sentripetal $F_c = mv^2/r$ (tegangan, gravitasi, gesekan...). Jika kecepatan juga berubah, tambahkan komponen tangensial.