Contoh Soal dan Pembahasan tentang Gerak Melingkar, Materi Fisika Kelas 1 (X) SMA ; percepatan sentripetal, gaya sentripetal, kecepatan sudut, hubungan roda-roda, kinematika gerak melingkar dan beberapa soal pengayaan Hukum Newton yang diterapkan pada kasus-kasus Gerak Melingkar.
Contoh Soal dan Pembahasan
Soal No. 1
Nyatakan dalam satuan radian :
a) 90o
b) 270o
Pembahasan
360o = 2π radian
a) 90o
b) 270o
Soal No. 2
Konversikan ke dalam satuan rad/s :
a) 120 rpm
b) 60 rpm
Pembahasan
1 rpm = 1 putaran per menit
1 putaran adalah 2π radian atau
1 putaran adalah 360o
1 menit adalah 60 sekon
a) 120 rpm
b) 60 rpm
Soal No. 3
Sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 50π rad/s. Tentukan frekuensi putaran gerak benda!
Soal No. 4
Kecepatan sudut sebuah benda yang bergerak melingkar adalah 12 rad/s. Jika jari-jari putarannya adalah 2 meter, tentukan besar kecepatan benda tersebut!
Soal No. 5
Sebuah benda bermassa 1 kg berputar dengan kecepatan sudut 120 rpm. Jika jari-jari putaran benda adalah 2 meter tentukan percepatan sentripetal gerak benda tersebut !
Pembahasan
Data :
ω = 120 rpm = 4π rad/s
r = 2 meter
m = 1 kg
asp = …?
asp = V2/r = ω2 r
asp = (4π)2 (2) = 32π2 m/s2
Soal No. 6
Gaya sentripetal yang bekerja pada sebuah benda bermassa 1 kg yang sedang bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari lintasan sebesar 2 m dan kecepatan 3 m/s adalah….?
Pembahasan
Data :
m = 1 kg
r = 2 meter
V = 3 m/s
Fsp = ….?
Fsp = m ( V2/r )
Fsp = (1)( 32/2 ) = 4,5 N
Soal No. 7
Dua buah roda berputar dihubungkan seperti gambar berikut!
Jika jari jari roda pertama adalah 20 cm, jari-jari roda kedua adalah 10 cm dan kecepatan sudut roda pertama adalah 50 rad/s, tentukan kecepatan sudut roda kedua!
Pembahasan
Data :
r1 = 20 cm
r2 = 10 cm
ω1 = 50 rad/s
ω2 = …?
Dua roda dengan hubungan seperti soal diatas akan memiliki kecepatan (v) yang sama :
Soal No. 8
Dua buah roda berputar dihubungkan seperti gambar berikut!
Jika kecepatan roda pertama adalah 20 m/s jari-jari roda pertama dan kedua masing-masing 20 cm dan 10 cm, tentukan kecepatan roda kedua!
Pembahasan
Kecepatan sudut untuk hubungan dua roda seperti soal adalah sama:
Soal No. 9
Tiga buah roda berputar dihubungkan seperti gambar berikut!
Data ketiga roda :
r1 = 20 cm
r2 = 10 cm
r3 = 5 cm
Jika kecepatan sudut roda pertama adalah 100 rad/s, tentukan kecepatan sudut roda ketiga!
Pembahasan
Soal No. 10
Sebuah partikel bergerak melingkar dengan kecepatan sudut sebesar 4 rad/s selama 5 sekon. Tentukan besar sudut yang ditempuh partikel!
Pembahasan
Soal di atas tentang Gerak Melingkar Beraturan. Untuk mencari sudut tempuh gunakan rumus :
θ = ωt
θ = (4)(5) = 20 radian.
Soal No. 11
Sebuah benda bergerak melingkar dengan percepatan sudut 2 rad/s2. Jika mula-mula benda diam, tentukan :
a) Kecepatan sudut benda setelah 5 sekon
b) Sudut tempuh setelah 5 sekon
Pembahasan
Data :
α = 2 rad/s2
ωo = 0
t = 5 sekon
Soal tentang Gerak Melingkar Berubah Beraturan
a) ωt = ωo + αt
ωt = (0) + (2)(5) = 10 rad/s
b) θ = ωot + 1/2 αt2
θ = (0)(5) + 1/2 (2)(5)2
Soal No. 12
Sebuah mobil dengan massa 2 ton bergerak dengan kecepatan 20 m/s menempuh lintasan dengan jari-jari 100 m.
Jika kecepatan gerak mobil 20 m/s tentukan gaya Normal yang dialami badan mobil saat berada di puncak lintasan!
Pembahasan
Gaya-gaya saat mobil di puncak lintasan :
Hukum Newton Gerak Melingkar :
Soal No. 13
Sebuah benda bergerak melingkar dengan jari-jari lintasan 50 cm seperti gambar berikut.
Jika massa benda 200 gram dan percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan besar tegangan tali ketika benda berada di titik titik tertinggi!
Pembahasan
Untuk benda yang bergerak melingkar berlaku
Uraikan gaya-gaya yang bekerja pada benda saat berada di titik tertinggi (aturan : gaya yang ke arah pusat adalah positif, gaya yang berarah menjauhi pusat adalah negatif)
Sehingga didapat persamaan :
Soal No. 14
Dari soal no. 13 tentukan tegangan tali saat benda berada pada titik terendah!
Pembahasan
Saat benda berada pada titik terendah, tegangan Tali berarah menuju pusat(+) sedang berat benda menjauhi pusat(−) sehingga persamaan menjadi:
Soal No. 15
Berdasarkan gambar berikut, tentukan kecepatan sudut roda kedua!
Pembahasan
