fisikaonline: Gerak Melingkar: materi, rumus, soal, penyelesaian soal serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

Sahabat fisioner, gerak melingkar adalah gerak yang lintasannya berupa lingkaran. Contoh gerak melingkar dalam kehidupan sehari-hari adalah gerak kincir angin, gerak bulan mengelilingi bumi, gerak bianglala dan gerak roda sepeda yang berputar pada porosnya. Prinsip gerak melingkar juga banyak diterapkan pada mesin-mesin kendaraan atau pabrik. Secara tidak langsung, pemahaman tentang gerak melingkar telah memperingan kerja manusia. Oleh karena itu, penting bagi sahabat fisioner untuk mengerti tentang gerak melingkar.

Besaran-besaran pada Gerak Melingkar

a. Periode

Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu putaran disebut dengan periode (T), yang dirumuskan dengan:

b. Frekuensi

Banyaknya putaran yang dilakukan dalam waktu satu sekon disebut dengan frekuensi (f), yang secara matematis dinyatakan dengan:

Satuan frekuensi adalah seper sekon, disebut dengan Hertz dan disingkat Hz.

Dari kedua persamaan di atas, dapat dilihat bahwa terdapat hubungan antara periode dan frekuensi yang dinyatakan dengan:

c. Kecepatan Linear

Perhatikan Gambar di atas! Misalkan sebuah benda melakukan gerak melingkar beraturan dengan arah gerak berlawanan arah jarum jam dan berawal dari titik A. Selang waktu yang dibutuhkan benda untuk menempuh satu putaran adalah T. Pada satu putaran, benda telah menempuh lintasan linear sepanjang satu keliling lingkaran ( 2 p r ), dengan r adalah jarak benda dengan pusat lingkaran (O) atau jari-jari lingkaran. Kecepatan linear (v) merupakan hasil bagi panjang lintasan linear yang ditempuh benda dengan selang waktu tempuhnya. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Karena , maka:

Dengan:

v = kecepatan linear (m/s)

r = jarak benda dengan pusat lingkaran (m)

f = frekuensi (Hz)

T = periode (s)

d. Kecepatan Sudut (Kecepatan Anguler)

Kecepatan sudut didefinisikan sebagai perubahan posisi sudut benda yang bergerak melingkar tiap satu satuan waktu. Kecepatan sudut disebut juga dengan kecepatan anguler dan disimbolkan w. Dari definisi di atas dapat diperoleh perumusan berikut.

Kecepatan sudut sering disebut juga frekuensi sudut. Nama ini diambil karena ω memiliki kaitan dengan f. Kaitan itu dapat ditentukan dengan melihat gerak satu lingkaran penuh. Perubahan posisi sudut pada gerak satu lingkaran penuh adalah Δθ = 2π dan waktunya satu periode T sehingga kecepatan sudutnya memenuhi persamaan berikut.

e. Hubungan antara kecepatan linear (v) dengan kecepatan anguler (ω)

Hubungan antara kecepatan linear (v) dengan kecepatan anguler (ω) seperti berikut.

Telah diketahui bahwa kecepatan linear adalah:

Percepatan Sentripetal

Benda yang melakukan gerak melingkar beraturan memiliki percepatan yang disebut dengan percepatan sentripetal. Percepatan ini selalu tegak lurus terhadap kecepatan yang menyinggung lingkaran. Arah percepatan ini selalu menuju ke arah pusat lingkaran. Percepatan sentripetal berfungsi untuk mengubah arah kecepatan (perhatikan gambar di atas). Jadi percepatan sentripetal (a_s) adalah percepatan pada gerak melingkar beraturan yang arahnya selalu menuju ke pusat lingkaran dan selalu tegak lurus terhadap kecepatan yang menyinggung lingkaran. Besar percepatan sentripetal dirumuskan sebagai berikut.

Gaya Sentripetal

Gaya Sentripetal (F_s) adalah gaya yang menyebabkan timbulnya percepatan sentripetal. Arah sentripetal selalu menuju ke pusat lingkaran. Dapat dirumuskan:

Untuk mengimbangi gaya sentripetal sehingga suatu benda tetap bergerak melingkar beraturan, terjadi gaya sentrifugal yang besarnya sama dengan arah gaya sentripetal, sehingga:

F_s = - F_sf

F_s = gaya sentripetal

F_sf = gaya sentrifugal