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
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!
Pembahasan
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!
Pembahasan
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.
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!
Pembahasan
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!
Pembahasan
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
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
