Bab gerak melingkar mencakup beberapa sub bab yaitu, gerak melingkar beraturan, gerak melingkar tidak beraturan (gerak melingkar berubah beraturan), hubungan roda-roda, kecepatan maksimum pada tikungan, gaya pada gerak melingkar. Berikut 10 soal dan pembahasan gerak melingkar yang dapat dipelajari sebelum ujian.
Baca sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Gerak Parabola (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
1. Perhatikan pernyataan di bawah ini!
1) Memiliki percepatan sentripetal
2) Kecepatan tetap
3) Kecepatan sudut tetap
4) Tidak memiliki percepatan
Berdasarkan pernyataan tersebut yang benar mengenai gerak melingkar beraturan adalah . . .
A. 1, 2, dan 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 4 saja
E. Benar semua
Pembahasan :
Ciri-ciri gerak melingkar beraturan adalah memiliki percepatan sentripetal, kelajuan tetap tetapi arah kecepatannya berubah-ubah, kecepatan sudut tetap, dan bergerak pada lintasan melingkar dengan poros tetap.
Jawaban B
2. Sepeda roda tiga bergerak dengan kecepatan 54 km/jam. Jika jari-jari masing-masing roda 15 m, maka besar percepatan sentripetalnya adalah . . .
A. 194,4 m/s2
B. 15 m/s2
C. 4,2 m/s2
D. 3,6 m/s2
E. 1 m/s2
Pembahasan :
Diketahui :
v = 54 km/jam = 15 m/s
r = 15 m
Ditanya : pecepatan sentripetal (as)
ac = v2/r = 152/15 = 15 m/s2
Jawaban B.
3. Bola basket bermassa 5 kg menggelinding dengan lintasan melingkar tanpa gesekan dengan kecepatan linier 1 m/s. Jika jari-jari bola adalah 25 cm, maka gaya yang dilakukan bola adalah . .
A. 0,625 N
B. 1,250 N
C. 6,250 N
D. 20,00 N
E. 2,000 N
Pembahasan :
Diketahui :
m = 5 kg
v = 1 m/s
r = 25 cm = 0,25 m
Ditanya : Gaya sentripetal (Fs)
*Mencari percepatan sentripetal
ac = v2/r = 12/0,25 = 4 m/s2
*Mencari gaya sentripetal
F = m.a
Fc = m.ac = 5.4 = 20 N
Jawaban D.
4. Jika benda bergerak melingkar di dalam suatu dinding, maka akan mengalami gaya normal maksimum pada posisi terendah-nya. Hal tersebut dikarenakan . . .
A. Gaya berat bernilai sama dengan gaya sentripetalnya dengan arah berlawanan
B. Gaya berat bernilai sama dengan gaya sentripetalnya dengan arah sama
C. Resultan gaya yang bekerja (N-W) merupakan gaya sentripetalnya
D. Resultan gaya yang bekerja (W+N) merupakan gaya sentripetal
E. Gaya normalnya merupakan penjumlahan antara gaya berat dan gaya sentripetal
Pembahasan :
Gerak di atas adalah gerak melingkar beraturan vertikal atau bandul bermassa bergerak memutar secara vertikal. Titik terendah berarti bandul berada di posisi paling bawah. Karena bandul memiliki massa, muncul gaya berat (W).
Bandul yang terikat oleh tali tidak membuatnya jatuh ke bawah. Hal ini yang menyebabkan gaya tegang tali (T) atau boleh kita sebut gaya normal (N) saja muncul, sebagai gaya reaksi dari gaya berat (W).
Pada kasus gerak melingkar vertikal, kita akan gunakan istilah gaya total saja dan simpan saja istilah gaya sentripetal atau gaya sentrifugal.
| Ftotal | = | m.ac |
| T - W | = | m.ac |
| N - W | = | m.ac |
Jadi, gaya total di titik terendah adalah N -W
Jawaban C.
5. Bola bermassa 0,2 kg diikat pada tali sepanjang 1 m yang diputar dengan gaya sebesar 40 N. Jika gravitasi yang dialami sebesar 10 m/s2, maka besar kecepatan pada titik terendah adalah . . .
A. 14,14 m/s
B. 13,8 m/s
C. 8,9 m/s
D. 7,3 m/s
E. 6,9 m/s
Pembahasan :
Diketahui :
m = 0,2 kg
l = r = 1 m
Fc = 40 N
Ditanya : Kecepatan linier (v)
Fc = m.ac
Fc = m.v2/r
40 = m.v2/1
v = 14,14 m/s
Jawaban A.
6. Pada percobaan gaya sentripetal dengan menggunakan tali, diperlukan beban bermassa 10 kg yang dihubungkan dengan tali sepanjang 225 cm yang dibuat bergerak dengan kecepatan sudut 4 rad/s. Jika percepatan gravitasi alat tersebut diatur sebesar 10 m/s2, maka besar tegangan tali di titik tertinggi adalah . . .
A. 460 N
B. 360 N
C. 260 N
D. 160 N
E. 60 N
Pembahasan :
Diketahui :
m = 10 kg
r = 2,25 m
ω = 4 rad/s
g = 10 m/s2
| Ftotal | = | m.ac |
| T + W | = | m. ω2.r |
| T + mg | = | (m. ω2.r) |
| T | = | (10.42.(2,25)) – (10.10) |
| T | = | 260 N |
Jawaban C.
7. Benda bermassa 2 kg dihubungkan dengan tali yang panjangnya 50 cm dan digerakkan membentuk lintasan melingkar. Benda bergerak dengan kecepatan sudut 4 rad/s. Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s2, maka besar gaya sentripetalnya adalah . . .
A. 4,0 N
B. 8,0 N
C. 12 N
D. 16 N
E. 20 N
Pembahasan :
Diketahui :
m = 2 kg
r = 0,5 m
ω = 4 rad/s
g = 10 m/s2
Ditanya : Gaya sentripetal (Fc)
| Fc | = | m.ac |
| Fc | = | m. ω2.r |
| Fc | = | (2.42.(0,5)) |
| Fc | = | 16 N |
Jawaban D.
8. Bandul berputar secara vertikal dengan tali berjari-jari 6,4 m. Agar bandul tidak jatuh, maka besar kecepatan bandul tersebut adalah . . .
A. 8 m/s
B. 6 m/s
C. 4 m/s
D. 2 m/s
E. 1 m/s
Pembahasan :
Diketahui :
r = 6,4 m
g = 10 m/s2
Ditanya : Kecepatan linier minimal (v)
*Menggunakan rumus cepat untuk kondisi ini
| v | = | √g.r |
| v | = | √(10.(6,4)) |
| v | = | 8 m/s |
Berikut asal persamaan di atas.
*Bandul tidak akan jatuh ke bawah saat berada di posisi tertinggi, jika gaya total-nya sama dengan gaya beratnya, Ftotal = m.ac. Tetapi, kita hanya fokus di Ftotal-nya saja.
| Ftotal | = | W + T |
| Ftotal | = | W + 0 |
| m.v2/r | = | m.g |
| v2/r | = | g |
| v | = | √(g.r) |
Jawaban A.
9. Mobil menikung pada tikungan yang beradius 20 m. Jika lantai kasar dengan koefisien gesekan statis sebesar 1/2, maka kelajuan maksimum mobil agar tidak terpental dari lintasan adalah . . . .
A. 20 m/s
B. 10√2 m/s
C. 10 m/s
D. 5√2 m/s
E. 5 m/s
Pembahasan :
Diketahui :
r = 20 m
g = 10 m/s2
μs = 1/2 = 0,5
Ditanya : Kecepatan linier maksimum (v)
*Menggunakan rumus cepat untuk kondisi mobil menikung dengan jalan datar dan kasar
| v | = | √μs.g.r |
| v | = | √((0,5).10.20 |
| v | = | 10 |
Berikut asal persamaan di atas.
 |
| car graphics by freepik "macrovector" |
| Ftotal | = | m.a |
| Ftotal | = | m.0 |
| W - N | = | 0 |
| W | = | N |
| mg | = | N |
*Gaya horisontal yang bekerja pada mobil, F = m.a
| F | = | m.a |
| Fc | = | m.ac |
| fs | = | m.ac |
| N. μs | = | m.ac |
| mg. μs | = | m.v2/r |
| g. μs | = | v2/r |
| v2 | = | μs.g.r |
| v | = | √μs.g.r |
Jawaban C.
10. Truk melintasi tikungan yang menanjak dengan kecepatan 54 km/jam. Besar radius tikungan tersebut adalah 3√3 m, maka besar panjang tersebut adalah A sebesar . . .
A. 2/√3
B. 4/√3
C. √3/2
D. √3/4
E. 3/4
Pembahasan :
Diketahui :
v = 54 km/jam = 15 m
r = 30√3
Ditanya : Tan dari sudut kemiringan tikungan (tan θ)
*Menggunakan rumus cepat untuk kondisi mobil menikung dengan jalan miring dan licin
| v | = | √g.r tan θ |
| v2 | = | g.r tan θ |
| tan θ | = | v2/g.r |
| tan θ | = | 152/10.( 30√3) |
| tan θ | = | √3/4 |
Berikut asal persamaan di atas.
 |
| car graphics by freepik "macrovector" |
*Gaya vertikal yang bekerja pada mobil, a = 0 karena mobil tidak bergerak secara vertikal
| Ftotal | = | m.a |
| Ftotal | = | m.0 |
| W – N.cos θ | = | 0 |
| W | = | N.cos θ |
| N | = | W/cos θ |
*Gaya horisontal yang bekerja pada mobil, F = m.a
| F | = | m.a |
| Ftotal | = | m.ac |
| N sin θ | = | m.ac |
| W.sin θ/cos θ | = | m.ac |
| W.tan θ | = | m.v2/r |
| mg.tan θ | = | m.v2/r |
| g. tan θ | = | v2/r |
| v2 | = | g.r tan θ |
| v | = | √ g.r tan θ |
Jawaban D.
Baca selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Gerak Melingkar (bagian 2) ǀ Pilihan Ganda
Itulah 10 soal dan pembahasan gerak melingkar yang mencangkup gerak melingkar beraturan, gerak melingkar tidak beraturan (gerak melingkar berubah beraturan), hubungan roda-roda, kecepatan maksimum pada tikungan, gaya pada gerak melingkar. Klik selanjutnya untuk soal dan pembahasan lainnya.
 ǀ Pilihan Ganda){kind=link}
Post a Comment
Post a Comment