Gerak Melingkar
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
i
Petunjuk Penggunaan Program<br />
Untuk menuju ke halaman selanjutnya atau kembali ke halaman sebelumnya pada<br />
modul elektronik ini, kalian dapat:<br />
1. klik tombol untuk menuju ke halaman selanjutnya. Atau geser kursor pada<br />
bagian pojok kanan bawah (seperti orang membuka buku).<br />
2. Klik tombol untuk menuju ke halaman selanjutnya. Atau geser kursor pada<br />
bagian pojok kiri bawah.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
ii
GERAK MELINGKAR<br />
Kompetensi Inti (KI)<br />
KI 1 Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.<br />
KI 2 Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung<br />
jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun,<br />
reponive daan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari<br />
solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif<br />
dengan lingkungan sosial dan alam semesta serta dalam<br />
menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.<br />
KI 3 Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual,<br />
konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu<br />
pengetahuan, teknologi, seni budaya, dan humaniora dalam wawasan<br />
kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait<br />
penyebab fenomena dan kejadian serta menerapkan pengetahuan<br />
proseduraal pada bidang kajian yang peifik serta dengan bakat dan<br />
minatnya untuk memecahkan masalah.<br />
KI 4 Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah<br />
abtrak terkait dengan pengembangan diri yang dipelajarinya di<br />
sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, dna<br />
mampu melaksanakan tugas spesifik di bawah pengawaan langsung.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
iii
Kompetensi Dasar<br />
1.1 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam<br />
jagad raya melalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya<br />
2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu, objektif, jujur,<br />
teliti, tekun, hati-hati, bertanggung jawab, terbuka, kriti, kreatif, inovatif<br />
dan peduli terhadap lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai<br />
wujud implementasi sikap dalam melakukan eksperimen dan<br />
berdiskusi.<br />
2.2 Menghargai kerja individu dan kelompok dalam aktivita sehari-hari<br />
sebagai wujud implementasi melaksanakan percobaan dan melaporkan<br />
hasil percobaan<br />
3.4 Menganalisis besaran fisis pada gerak melingkar dengan laju kontan dan<br />
penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.<br />
4.4 Menyajikan ide/gagasan terkait gerak melingkar (misalnya pada<br />
hubungan roda-roda)<br />
Indikator<br />
1. Menjelaskan besaran-besaran fisis pada gerak melingkar.<br />
2. Menghitung besaran-besaran sudut pada gerak melingkar.<br />
3. Mengidentifikasi karakteristik gerak melingkar beraturan.<br />
4. Menjelaskan karakteristik gerak melingkar beraturan.<br />
5. Menerapkan persamaan hubungan antara besaran sudut dan besaran linier<br />
gerak melingkar dalam penyelesaian soal.<br />
6. Menghitung besarnya percepatan sentripetal pada gerak melingkar.<br />
7. Menerapkan prinsip hubungan roda-roda pada penyelesaian soal.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
iv
Kata Pengantar<br />
Puji syukur kehadiran Allah SWT, karena dengan rahmat dan karuniaNya<br />
dapat disusun modul elektronik (electronic module) fisika materi gerak<br />
melingkar. Modul elektronik ini disusun dengan harapan dapat memberikan<br />
penjelasan materi gerak melingkar serta dapat menjadi referensi sumber<br />
belajar fisika siswa kelas X SMA/MA. Dalam penyajian modul ini mengacu<br />
pada materi yang disajikan secara jelas, yang dilengkapi dengan gambar,<br />
musik, serta video agar siswa lebih dapat memahami materi gerak melingkar<br />
dengan baik.<br />
Penyajian modul elektronik disusun secara runut dengan harapan agar<br />
siswa dapat memahami materi tersebut. Adapun urutan kegiatan belajar<br />
dalam modul elektronik ini sebagai berikut:<br />
1. Uraian materi<br />
2. Rangkuman<br />
3. Contoh soal<br />
4. Ayo berlatih<br />
5. Tes formatif<br />
6. Umpan balik<br />
7. Tindak lanjut<br />
Penyusun berharap dengan adanya modul elektronik ini dapat memotivasi<br />
serta dapat meningkatkan hasil belajar siswa dalam mempelajari fisika. Kritik<br />
dan saran dari pengguna modul elektronik ini sangat diharapkan demi<br />
kesempurnaannya.<br />
Penulis<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
v
Daftar Isi<br />
Cover................................................................................................................................. i<br />
Petunjuk Penggunaan Program............................................................................ ii<br />
Kompetensi Inti............................................................................................................ iii<br />
Kompetensi Dasar....................................................................................................... iv<br />
Indikator......................................................................................................................... iv<br />
Kata Pengantar............................................................................................................. v<br />
Daftar Isi.......................................................................................................................... vi<br />
Peta Konsep................................................................................................................... Viii<br />
BAB I PENDAHULUAN.............................................................................................. 1<br />
A Deskripsi Modul................................................................................................. 1<br />
B Prasyarat............................................................................................................... 1<br />
C Petunjuk Penggunaan Modul....................................................................... 1<br />
D Tujuan.................................................................................................................... 2<br />
BAB II PEMBELAJARAN............................................................................................ 3<br />
A Rencana Kegiatan Pembelajaran Siswa................................................... 3<br />
B <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong>................................................................................................. 3<br />
Kegiatan Belajar 1....................................................................................................... 7<br />
A Besaran fisis pada gerak melingkar beraturan.................................... 7<br />
1. Periode dan frekuensi............................................................................... 7<br />
2. Perpindahan sudut..................................................................................... 8<br />
3. Kecepatan linier........................................................................................... 10<br />
4. Kecepatan sudut.......................................................................................... 11<br />
B Hubungan antara besaran gerak melingkar dan gerak lurus........ 12<br />
Contoh Soal .................................................................................................................. 13<br />
Ayo Berlatih.................................................................................................................. 15<br />
Tes Formatif................................................................................................................. 17<br />
Umpan Balik................................................................................................................. 18<br />
Tindak lanjut................................................................................................................. 18<br />
Kegiatan Belajar 2...................................................................................................... 20<br />
A Percepatan sudut.............................................................................................. 20<br />
B <strong>Gerak</strong> melingkar dengan kelajuan tetap................................................. 21<br />
C <strong>Gerak</strong> melingkar dengan percepatan sudut.......................................... 22<br />
Contoh Soal.................................................................................................................... 23<br />
Ayo berlatih ................................................................................................................. 25<br />
Tes Formatif................................................................................................................. 26<br />
Umpan balik................................................................................................................. 27<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
vi
Tindak lanjut................................................................................................................. 27<br />
Kegiatan Belajar 3...................................................................................................... 29<br />
A Hubungan roda-roda...................................................................................... 29<br />
1. Roda-roda yang saling bersinggungan............................................ 29<br />
2. Roda-roda yang terhubung oleh tali atau rantai........................ 31<br />
3. Roda sesumbu............................................................................................ 32<br />
Contoh Soal.................................................................................................................. 33<br />
Rangkuman.................................................................................................................. 38<br />
Soal uraian.................................................................................................................... 41<br />
Glosarium...................................................................................................................... 42<br />
Daftar Pustaka............................................................................................................. 43<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
vii
Peta Konsep<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
viii
BAB I PENDAHULUAN<br />
A. Deskripsi Modul<br />
Modul elektronik ini disusun untuk menambah ketersediaan sumber belajar<br />
maupun media pembelajaran yang digunakan oleh siswa kelas X, khususnya<br />
untuk materi gerak melingkar yang dipelajari disemester ganjil. Dengan<br />
penggunaan modul elektronik ini, diharapkan pengguna dapat memahami<br />
materi dengan mudah dan dapat meningkatkan hasil belajar. Modul elektronik<br />
ini dilengkapi dengan gambar, musik, maupun video pembelajaran yang dapat<br />
menarik pengguna modul. Modul elektronik ini dibagi menjadi tiga kegiatan<br />
belajar dan setiap kegiatan belajar dielngkapi dengan uraian materi,<br />
rangkuman, contoh soal dengan penyelesaian, ayo berlatih, tes formatif,<br />
umpan balik, dan tindak lanjut.<br />
B. Prasyarat<br />
Materi prasyarat yang harus dikuasai siswa sebelum mempelajari modul<br />
elektronik ini adalah materi tentang gerak lurus beraturan (GLB) dan gerak<br />
lurus berubah beraturan (GLBB)<br />
C. Petunjuk Penggunaan Modul<br />
Modul elektronik ini dapat digunakan dalam pembelajaran kelompok<br />
ataupun pembelajaran individu baik di dalam maupun di luar kelas. Berikut ini<br />
diberikan petunjuk mempelajari modul elektronik:<br />
1. Pahami materi dan ilustrasi pada setiap sub materi.<br />
2. Ikutilah materi yang disajikan dalam modul elektronik ini, ulangi apabila<br />
kurang memahami materi tersebut.<br />
3. Setelah memahami materi, pahamilah contoh-contoh soal dan setelah<br />
paham mulailah mengerjakan soal latihan yang disediakan.<br />
4. Periksa jawaban dengan kunci jawabab yang disediakan. Apabila tidak<br />
sesuai, ulangilah belajar dari bagian yang belum dikuasai.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 1
5. Setelah mengusai soal latihan, lanjutkan mengerjakan soal tes formatif.<br />
D. Tujuan Akhir<br />
Setelah mempelajari modul elektronik, diharapkan siswa mampu<br />
1. Menjelaskan besaran-besaran fisis pada gerak melingkar.<br />
2. Menghitung besaran-besaran sudut pada gerak melingkar.<br />
3. Mengidentifikasi karakteristik gerak melingkar beraturan.<br />
4. Menjelaskan karakteristik gerak melingkar beraturan.<br />
5. Menerapkan persamaan hubungan antara besaran sudut dan besaran<br />
linier gerak melingkar dalam penyelesaian soal.<br />
6. Menghitung besarnya percepatan sentripetal pada gerak melingkar.<br />
7. Menerapkan prinsip hubungan roda-roda pada penyelesaian soal.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 2
BAB II PEMBELAJARAN<br />
A. Rencana Kegiatan Pembelajaran Siswa<br />
Standar Kompetensi:<br />
Menerapkan konsep dan prinsip dasar kinematika dan dinamika benda titik.<br />
Kompetensi Dasar:<br />
Menganalisis besaran fisika pada gerak melingkar dan laju konstan.<br />
Kegiatan belajar 1:<br />
Menjelaskan besaran-besaran fisis pada gerak melingkar, menghitung<br />
besaran-besaran sudut pada gerak melingkar, mengidentifikasi karakteristik<br />
gerak melingkar beraturan, dan menjelaskan karakteristik gerak melingkar<br />
beraturan.<br />
Kegiatan belajar 2:<br />
Menerapkan persamaan hubungan antara besaran sudut dan besaran linier<br />
gerak melingkar dalam menyelesaikan soal, menghitung besarnya percepaatan<br />
sentripetaal pada gerak melingkar.<br />
Kegiatan belajar 3:<br />
Menerapkan prinsip-prinsip hubungan roda-roda pada penyelesaian soal.<br />
B. <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong><br />
<strong>Gerak</strong> melingkar adalah gerak<br />
suatu benda pada lintasan yang<br />
berbentuk lingkaran.<br />
Fenomena gerak melingkar dalam<br />
kehidupan sehari hari banyak kita temui.<br />
Sebagian di antaranya bersifat teratur,<br />
sebagian tidak, sebagian lagi kadang<br />
teratur kadang tidak.<br />
Gambar 1. Komidi putar (bianglala)<br />
gadis.co.id<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 3
Yang dimaksud teratur disini adalah kecepatan putarannya yang tetap<br />
atau berubah terus secara teratur.<br />
Contoh gerak melingkar pada gerak komidi putar pada saat tertentu<br />
merupakan gerak teratur dengan kecepatan putar yang tetap. Saat komidi<br />
putar mulai bergerak, kecepatan putaran komidi putar itu bertambah secara<br />
teratur, makin besar hingga nilai tertentu. Saat akan berhenti. kecepatan<br />
komidi putar itu berkurang secara teratur, makin kecil hingga akhirnya<br />
berhenti. <strong>Gerak</strong> melingkar yang teratur dapat dibedakan menjadi dua, yaitu<br />
gerak melingkar beraturan dan gerak melingkar berubah beraturan.<br />
Setiap hari kita selalu melihat sepeda<br />
motor, mobil, atau kendaraan beroda<br />
lainnya. Apa yang terjadi seandainya<br />
kendaraan tersebut tedak mempunyai<br />
roda?<br />
dokumen pribadi<br />
Gambar 2. <strong>Gerak</strong> melingkar pada<br />
perputaran roda mobil<br />
Kendaraan itu pastilah tidak akan<br />
bergerak. Sepeda motor atau mobil dapat<br />
berpindah tempat dengan mudah karena<br />
rodanya berputar, demikian juga pesawat<br />
terbang tidak akan landas jika jikaa terjadi<br />
kerusakan pada roda.<br />
Putaran roda merupakan salah satu<br />
contoh gerak melingkar yang selalu kita<br />
temui dalam kehidupan sehari-hari.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 4
Video gerak melingkar dalam kehidupan sehari hari<br />
Setelah melihat video diatas, apa yang dapat kalian simpulkan? Sebutkan<br />
penerapan gelar melingkar pada kehidupan sehari-hari selain contoh yang ada<br />
di dalam video?<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 5
Kegiatan Belajar 1<br />
<strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> adalah gerak suatu benda dalam suatu lintasan melingkar<br />
dengan kecepatan tertentu. Contoh gerak melingkar dalam kehidupan seharihari,<br />
antara lain: gerak jarum jam, gerak mobil di tikungan jalan dan gerak bumi<br />
mengelilingi matahari. Merupakan gerak yang melingkar yang besar kecepatan<br />
sudutnya ( ) tetap terhadap waktu atau percepatannya sudutnya ( ) sama<br />
dengan nol. Jika kecepatan linearnya tetap maka kecepatan angulernya (besar<br />
dan arah) juga bernilai tetap.<br />
Keterangan:<br />
o = titik pusat lingkaran<br />
l<br />
= panjang tali penggantung<br />
m<br />
= massa benda<br />
Gambar 3. <strong>Gerak</strong> melingkar<br />
(rotasi)<br />
Gambar 3 menjelaskan sebuah benda digantung dengan tali dan diputar pada<br />
bidang vertikal. Lintasan yang dilalui berupa lintasan melingkar. Secara umum<br />
posisi partikel yang melakukan gerak melingkar dapat dinyatakan dengan<br />
koordinat polar.<br />
r = (R, θ) (1)<br />
Keterangan<br />
r = posisi partikel yang melakukan gerak melingkar<br />
R = jari-jari (satuan dalam SI adalah meter)<br />
θ = sudut yang ditempuh (satuan dalam SI adalah Radian)<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 6
Sudut 1 Radian adalah sudut pusat lingkaran<br />
dengan panjang busur lingkaran sama dengan jari<br />
jari lingkaran. Dari gambar 3 didapat 2π Radian =<br />
360 o<br />
1 Radian = 360o<br />
2π<br />
1 Radian = 57,32 o<br />
Selama benda melakukan gerak melingkar maka kecepatan benda selalu<br />
berubah-ubah.<br />
Gambar 3. sudut 1 radian<br />
A. Besaran-besaran fisis pada gerak melingkar beraturan<br />
1. Periode dan frekuensi<br />
Periode adalah waktu yang diperlukan suatu benda untuk melakukan satu<br />
putaran.<br />
T <br />
waktu<br />
jumlah putaran<br />
atau<br />
Frekuensi adalah jumlah putaran yang dilakukan benda dalam satuan waktu.<br />
jumlah putaran<br />
f <br />
atau<br />
waktu<br />
T<br />
f<br />
<br />
t<br />
n<br />
n<br />
<br />
t<br />
(3)<br />
(4)<br />
Dari kedua persamaan tersebut terdapat hubungan antara periode dan<br />
frekuensi :<br />
1 1<br />
f = atau T =<br />
t f<br />
Ketereangan :<br />
n = jumlah putaran<br />
t = waktu (sekon)<br />
T = Perioda (sekon)<br />
f = frekuensi (Hertz atau Hz)<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 7
2. Perpindahan sudut<br />
Untuk memahami apa yang dimaksud perpindahan sudut, mari kita tinjau<br />
sebuah contoh gerak melingkar, misanya gerak roda kendaraan yang berputar.<br />
Ketika roda berputar, tampak bahwa selain poros alias pusat roda, bagian lain<br />
dari roda selalu berpindah terhadap pusat roda sebagai kerangka acuan.<br />
Perpindahan pada gerak melingkar disebut perpindahan sudut (∆Ө).<br />
a) Mengukur perpindahan sudut<br />
Pada gambar di atas dapat diketahui bahwa<br />
Gambar 4. perpindahan<br />
sudut dari A ke B<br />
perpindahan sudut (∆Ө) adalah sudut yang disapu<br />
oleh sebuah garis radial mulai dari posisi awal garis<br />
A, Өo, ke posisi akhir garis B, Ө. Maka ∆Ө = Ө – Өo.<br />
Perpindahan sudut ∆Ө bernilai positif jika putaran<br />
berlawanan arah jarum jam dan bernilai negatif<br />
jika putaran searah jarum jam. Satuan SI untuk ∆Ө<br />
adalah rad.<br />
Ada tiga cara mengukur perpindahan sudut ∆Ө, yaitu :<br />
a. Mengukur ∆Ө dalam derajat ( o ), dimana satu putaran penuh sama<br />
dengan 360 o .<br />
b. Mengukur ∆Ө dalam putaran, dimana satu lingkaran penuh menyatakan<br />
satu putaran.sehingga 1 putaran = 360 o .<br />
c. Mengukur ∆Ө dalam radian.<br />
Gambar 5. sudut putar<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 8
Ketika benda bergerak dari A ke B menempuh sudut putar dan panjang<br />
lintasan s. Jika benda berputar satu putaran penuh maka benda tersebut telah<br />
menempuh sudut putaran sebesar 360 o . Satuan θ dalam SI adalah radian (rad).<br />
Panjang lintasan yang ditempuh benda tersebut untuk satu lingkaran penuh<br />
sama dengan keliling lingkaran (2πr) dengan r adalah jari-jari lingkaran.<br />
s = 2πr dan ∆θ = 2π (5)<br />
Video untuk menjelakan<br />
konep dari perpindahan<br />
sudut dalam radian<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 9
) Hubungan perpindahan linear dengan perpindahan sudut<br />
Hubungan antara perpindahan linear pada titik A yang menempuh<br />
lintasan lingkaran sejauh x dan perpindahan sudut θ (dalam satuan radian),<br />
dinyatakan sebagai berikut :<br />
θ = x r<br />
atau x = rθ (6)<br />
3. Kecepatan linear (kecepatan tangensial)<br />
Coba perhatikan benda benda yang bergerak melingkar. Kira-kira apa yang<br />
menyebabkan benda tersebut berputar?kecepataan apa saja yang dimiliki benda<br />
tersebut ketika berputar?kecepatan yang dimiliki benda ketika bergerak<br />
melingkar dengan arah menyinggung lintasan putarannya disebut kecepatan<br />
linier.<br />
Benda melakukan gerak melingkar beraturan dengan arah gerak<br />
berlawanan arah jarum jam dan berawal dari titik A. Selang waktu yang<br />
dibutuhkan benda untuk menempuh satu putaran adalah T. Pada satu putaran,<br />
benda telah menempuh lintasan linear sepanjang<br />
satu keliling lingkaran 2πr, dengan r adalah jarak<br />
benda dengan pusat lingkaran (O) atau jari-jari<br />
lingkaran. Kecepatan linear (v) merupakan hasil bagi<br />
panjang lintasan linear yang ditempuh benda dengan<br />
selang waktu tempuhnya.<br />
v = s T<br />
v = 2πr<br />
T<br />
→ v = 2πrf<br />
Gambar 6. kecepatan linier<br />
2<br />
r<br />
v 2<br />
rf<br />
T<br />
(7)<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 10
Keterangan :<br />
s : keliling lingkaran<br />
v : Kecepatan linear (m/s)<br />
T : Perioda (sekon)<br />
f : frekuensi (Hertz atau Hz)<br />
konsep matematika.com<br />
Gambar 7. benda yang bergerak melingkar<br />
beraturan memiliki komponen kecepatan linier<br />
yang tetap<br />
4. Kecepatan sudut (kecepatan anguler)<br />
Dalam selang waktu ∆θ, benda telah menempuh lintasan sepanjang busur<br />
AB, dan sudut sebesar ∆θ. Oleh karena itu, kecepatan sudut merupakan besar<br />
sudut yang ditempuh tiap satu satuan waktu. Satuan kecepatan<br />
sudut adalah rad/s. Selain itu, satuan lain<br />
yang sering digunakan untuk menentukan<br />
kecepatan pada sebuah mesin adalah rpm,<br />
singkatan dari revolution minutes.<br />
Catatan :<br />
Kecepatan anguler kadang<br />
dinyatakan dalam revolution<br />
per minute atau rpm<br />
ω = 2π T<br />
→ ω = 2πf (8)<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 11
Berita Fisika<br />
Keterangan :<br />
ω : Kecepatan sudut (rad/s)<br />
2π : Satu putaran lingkaran<br />
v<br />
T<br />
f<br />
: Kecepatan linear (m/s)<br />
: Perioda (sekon)<br />
: frekuensi (Hertz atau Hz)<br />
Kecepatan sudut didefinisikan sebagai perubahan sudut tiap satuan waktu.<br />
Secara umum, jika pada selang waktu t, posisi sudut berubah dari<br />
kecepatan sudutnya dirumuskan dengan<br />
Satuan kecepatan sudut<br />
ω adalah putaran/<br />
sekon atau rad/sekon,<br />
di mana untuk<br />
putaran/sekon setara<br />
dengan 2π<br />
o<br />
menjadi<br />
t<br />
,<br />
t<br />
o<br />
<br />
T<br />
(9)<br />
Kecepatan sudut juga disebut frekuensi sudut karena menunjukkan besar<br />
sudut yang ditempuh tiap satuan waktu. Kecepatan sudut juga disebut<br />
kecepatan anguler atau frekuensi anguler.<br />
a) Hubungan kecepatan linear dengan kecepatan sudut<br />
v = ω r (10)<br />
v = 2πr<br />
T<br />
dan<br />
ω = 2π T<br />
B. Hubungan antara Besaran <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> dan <strong>Gerak</strong> Lurus<br />
Pada gerak luru dikenal besaran fisis berupa perpindahan linier dan<br />
kecepatan linier dan kecepatan linier . Pada gerak melingkar, arah<br />
kecepatan linier selalu menyinggung lingkaran. Oleh karena itu, kecepatan<br />
linier disebut juga kecepatan tangensial. Pada gerak melingkar dikenal<br />
besaran fisis perpindahan sudut dan kecepatan sudut .<br />
x<br />
Sebelum membahas soal, berikut persamaan-persamaan yang<br />
menghubungkan besaran-besaran fisis untuk kasus gerak gerak melingkar<br />
beraturan.<br />
v<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 12
Tabel 1. Analogi besaran besaran fisis dalam GMB<br />
Variabel-vaiabel yang berhubungan<br />
Persamaan<br />
Periode dan frekuensi<br />
T<br />
<br />
1 1<br />
; f <br />
f T<br />
Kecepatan linier, jarak dan periode/frekuensi<br />
2<br />
r<br />
v <br />
T<br />
2<br />
rf<br />
Kecepatan sudut dan periode/frekuensi 2<br />
2<br />
f<br />
T<br />
Kecepatan linier, jarak, dan kecepatan sudut<br />
v<br />
r<br />
Untuk menambah pemahaman kalian tentang periode, frekueni, kecepatan<br />
linier, dna kecepatan sudut, perhatikan contoh berikut.<br />
Contoh Soal 1<br />
contoh soal 1<br />
Berapa radian sudut yang dibentuk oleh 1 2 putaran?<br />
penyelesaian<br />
Dengan menggunakan faktor konversi 2π rad/1 putaran diperoleh:<br />
1<br />
putaran = 1 putaran x (2π rad/1 putaran)<br />
2 2<br />
= π rad<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 13
contoh soal 2<br />
Sebuah roda berputar menempuh 1200 putaran dalam 2 menit. Tentukan<br />
kecepatan sudut rata-ratanya dalam rad/s.<br />
penyelesaian<br />
Perpindahan sudut ∆θ = 1200 putaran<br />
= 1200 putaran x 2π rad /1 putaran<br />
= 2400 2π rad<br />
Selang waktu ∆t = 2 menit = 120 s<br />
Kecepatan sudut rata rata:<br />
ω =<br />
<br />
t<br />
=<br />
2400 π rad<br />
120 s<br />
= 20 π rad/s<br />
contoh soal 3<br />
1. Sebuah benda bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari 4 meter, dalam<br />
waktu 2 sekon mengalami perpindahan sudut sebesar<br />
1<br />
6<br />
putaran.<br />
Tentukanlah,(a) Perpindahan sudutnya jika dinyatakan dalam derajat dan<br />
radian, (b) periode dan frekuensinya, (c) Kecepatan sudut, (d) kelajuan linier.<br />
penyelesaian<br />
diketahui :<br />
Jari-jari R = 4 m, waktu t = 2 sekon, θ = 1 6 putaran<br />
Jawab :<br />
a. Perpindahan sudut:<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 14
θ =<br />
1<br />
6<br />
(putaran) =<br />
Dalam radian :<br />
θ =<br />
1<br />
6<br />
(2π rad) =<br />
b. Periode, T =<br />
Frekuensi,<br />
t<br />
n<br />
=<br />
<br />
3<br />
2<br />
1<br />
6<br />
n<br />
f =<br />
t<br />
c. Kecepatan sudut<br />
1<br />
6<br />
( 360 o ) = 60 o<br />
radian<br />
= 12 sekon<br />
1<br />
6<br />
2 = 1<br />
12 Hz<br />
2<br />
1 <br />
2 f 2 <br />
<br />
<br />
T<br />
2<br />
6<br />
d. Kelajuan linier<br />
<br />
2<br />
v R 4 m / s<br />
6 3<br />
rad<br />
Ayo berlatih 1<br />
Ayo berlatih 1<br />
Seorang anak berlari mengitari sebuah lingkaran dalam waktu 1 jam 4<br />
dan ia dapat melakukan 75 putaran. Tentukanlah periode dan<br />
frekuensinya?<br />
kunci jawaban<br />
Periode, T = 12 sekon<br />
Frekuensi, f =<br />
1<br />
2<br />
Hz<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 15
Ayo berlatih 2<br />
Sebuah roda sepeda yang memiliki jari jari 26 cm diputar melingkar<br />
beraturan. Kelajuan linier pentil pada roda tersebut 1,3 m/s. (a)<br />
Berapakah kecepatan sudutnya?, (b) berapakah frekuensi putaran<br />
roda tersebut?<br />
kunci jawaban<br />
a. Kecepatan sudut<br />
5rad/s<br />
b. Frekuensi putarannya<br />
2,5<br />
f <br />
<br />
Hz<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 16
Tes Formatif<br />
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!<br />
1. Suatu benda menempuh 2 putaran dalam waktu 10 sekon, maka periodenya<br />
adalah<br />
A. 0,2<br />
B. 5<br />
C. 8<br />
D. 12<br />
E. 20<br />
2. Suatu benda melakukan 50 putaran dalam waktu 2 sekon, maka frekuensinya<br />
adalah....Hz<br />
A. 100<br />
B. 52<br />
C. 48<br />
D. 25<br />
E. 20<br />
3. Seorang atlet berlari pada lintasan berbentuk lingkaran. Jika posisi sudutnya<br />
2 /3<br />
radian dan jari-jari lintasannya 600 cm, maka jarak yang telah ditempuh<br />
oleh atlet tersebut adalah....<br />
A. 400<br />
B. 4<br />
C. 9/<br />
D. /4<br />
E. /9<br />
4. Sebuah piringan dengan kecepatan sudut tetap 20 rad/s, jika jari jarinya 10<br />
cm, percepatan sentripetal suatu titik pada sisi piringan ini adalah<br />
A. 2 m/s 2<br />
B. 10 m/s 2<br />
D. 40 m/s 2<br />
E. 50 m/s 2<br />
C. 20 m/s 2<br />
5. Jika kecepatan sudut benda yang bergerak melingkar adalah<br />
frekuensinya adalah...<br />
A.<br />
B. /<br />
/2<br />
C. /2<br />
D. 2 <br />
E. 4 <br />
2<br />
, maka<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 17
Umpan balik<br />
Cocokkanlah jawaban Anda dengan kunci jawaban yang telah tersedia.<br />
Hitunglah keeluruhan hasil jawaban Anda yang benar. Dengan mempergunakan<br />
rumu di bawah ini untuk mengetahui nilai yang Anda peroleh.<br />
Skor yang Anda peroleh<br />
Nilai= x100%<br />
skor maksimal<br />
Jika kriteria Ketuntasan Minimum (KKM) adalah 75, jika Anda memperoleh<br />
nilai 75 maka Anda dinyatakan telah menguaasi materi pada Kegiatan Belajar 1,<br />
dan jika nilai Anda maih di bawah minimal maka Anda dinyatakan belum<br />
menguasai materi pada Kegiatan Belajar 1<br />
Tindak Lanjut<br />
Jika Anda telah menguasai materi pada Kegiatan Belajar 1, maka Anda<br />
dapat melanjutkan ke kegiatan belajar selanjutnya.<br />
Jika Anda belum menguasai materi pada Kegiatan Belajar 1, maka<br />
pelajari kembali, cobalah untuk mengerjakan kembali soal-soal yang<br />
tersedia. Jika kesulitan memahami mintalah bantuan ke teman atau ke<br />
guru.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 18
Untuk memahami kecepatan<br />
linier dan kecepatan anguler bia<br />
dilihat pada video di bawah ini<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 19
Kegiatan belajar 2<br />
1. Percepatan sudut<br />
Benda yang bergerak melingkar memiliki kecepatan sudut ω, apabila kecepatan<br />
sudut semakin semakin besar maka benda akan mengalami percepatan sudut<br />
(α). Sehingga percepatan sudut didefenisikan sebagai perubahan kecepatan<br />
sudut tiap satuan waktu.<br />
α = ∆ω<br />
∆t<br />
α = ω 2− ω 1<br />
t 2 − t 1<br />
(11)<br />
Keterangan :<br />
α : percepatan sudut (rad/s 2 )<br />
ω : kecepatan sudut (rad/s)<br />
t : selang waktu (sekon)<br />
Besar kecepatan linear pada gerak melingkar beraturan adalah nol.<br />
Namun, arah kecepatan linear berubah setiap waktu.<br />
Perubahan arah ini menyebabkan adanya selisih<br />
kecepatan linear. Selisih kecepatan dalam selang<br />
waktu tertentu selalu menuju pusat lingkaran. Selisih<br />
atau perubahan arah kecepatan linear pada selang<br />
waktu tertentu menyebabkan adanya percepatan<br />
yang arahnya selalu menuju pusat lingkaran yang<br />
disebut dengan percepatan sentripetal(a s ).<br />
a s = v2<br />
r<br />
dengan v = ω r<br />
Gambar 8.percepatan<br />
sentripetal<br />
a s = ω 2 r<br />
karena ω = 2π T<br />
2<br />
( r) atau<br />
2<br />
asp<br />
asp<br />
r<br />
r<br />
(12)<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 20
as<br />
a s = 4π2 r<br />
T 2<br />
2 2<br />
4<br />
f r<br />
Adapun gaya sentripetal merupakan perkalian antara massa benda dan<br />
percepatan sentripetal benda atau dapat dirumuskan sebagai berikut:<br />
Keterangan :<br />
Fs = m V2<br />
r<br />
= m. ω2 . R = 4.π2 .r.f<br />
T 2 (13)<br />
v : Kecepatan linear (m/s)<br />
T : Perioda (sekon)<br />
f : frekuensi (Hertz atau Hz)<br />
a : percepatan sudut (rad/s 2 )<br />
ω : kecepatan sudut (rad/s)<br />
as : percepatan sentripetal (m/s 2 )<br />
2. <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> dengan Kelajuan Tetap<br />
Analogi dari gerak lurus berubah beraturan adalah gerak melingkar beraturan.<br />
Oleh karena itu, persamaan untuk gerak melingkar beraturan mirip dengan<br />
persamaan untuk gerak lurus beraturan. Mari kita turunkan persamaan untuk<br />
GMB.<br />
Telah anda ketahui bahwa kecepatan sudut rata-rata<br />
dinyatakan oleh<br />
. <strong>Gerak</strong> melingkar beraturan adalah gerak partikel dengan kecepatan<br />
t<br />
sudut setiap saat tetap. Oleh karena itu, dalam GMB kecepatan sudut rata-rata<br />
sama dengan kecepatan sudut sesaat .<br />
<br />
atau t<br />
t<br />
(14)<br />
Misalnya pada keadaan awal ( to<br />
0 ) posisi sudut partikel adalah 0<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 21
dan t t t<br />
t t 0 t<br />
0 0<br />
(15)<br />
Dengan demikian berlaku persamaan berikut<br />
<br />
t<br />
t<br />
0<br />
t<br />
0<br />
elsmandagiri.com<br />
Gambar 9. Kelajuan sudut<br />
Perhatikan Gambar 9 . Pada saat awal (t=0) benda berada pada posisi sudut<br />
o<br />
dan setelah selang waktu t posisi sudutnya di<br />
t<br />
sehingga kecepatan sudutnya<br />
t<br />
0<br />
adalah . Dengan demikian, posisi sudut benda pada saat t adalah<br />
t<br />
t<br />
t<br />
0<br />
(15)<br />
3. <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> dengan Percepatan Sudut<br />
<strong>Gerak</strong> melingkar dengan percepatan tetap juga disebut gerak melingkar<br />
berubah beraturan (GMBB). Dalam GMBB ini, percepatan sudutnya tetap, =<br />
Konstan.<br />
Kecepatan sudut pada saat t dapat ditentukan dengan rumus<br />
t<br />
t<br />
0<br />
(16)<br />
Posisi sudut pada saat t dapat ditentukan dengan rumus<br />
t 0 t1/<br />
2<br />
t<br />
(17)<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 22
Contoh Soal 2<br />
contoh soal 1<br />
Sebuah roda berputar dengan kecepatan sudut tetap 30 rad/s. Jika<br />
posisi sudut awal adalah 3 rad, tentukan:<br />
a. Persamaan posisi sudut pada t.<br />
b. Posisi sudut pada t =2,4 s<br />
penyelesaian<br />
a. Untuk<br />
3 rad<br />
o<br />
dan<br />
30 rad/s<br />
Persamaan posisi sudut :<br />
= t<br />
o<br />
menjadi<br />
=3 rad + (30 rad/s)t<br />
b. Untuk t = 2,4 s<br />
θ = 3 rad + (30 rad/s)(2,4 s) = 75 rad<br />
contoh soal 2<br />
Dalam sebuah pesawat sentrifugal , edikit sampel darah diletakkan<br />
dalam tabung-tabung. Tabung-tabung diputar pada 11.500 rpm<br />
dengan dasar tabung berada 9,07 cm dari ssumbu putaran.<br />
Tentukan<br />
a. kelajuan linier di dasar tabung<br />
b. percepatan sentripetal di dasar tabung<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 23
penyelesaian<br />
a. kecepatan sudut harus dinyatakan dalam SI, yaitu rad/s<br />
= 11.500 rpm = 11.500 putaran/menit<br />
satu putaran = 2 rad dan 1 menit = 60 s<br />
2π rad 11.500<br />
<br />
11.500x rad / s<br />
60 s 30 <br />
Kelajuan linier v<br />
dihitung dengan persamaan v r<br />
<br />
jari-jari<br />
2<br />
r 9,07cm 9,07x10<br />
m<br />
11.500<br />
<br />
<br />
30 <br />
2<br />
v 9,07x10 m rad / s<br />
<br />
2<br />
10.917,26 10 / 109 /<br />
x m s m s<br />
b. percepatan sentripetal di dasar tabung dihitung dengan<br />
persamaan<br />
a<br />
sp<br />
2<br />
v<br />
<br />
R<br />
2 2 2<br />
109 m/<br />
s<br />
as<br />
1.310x10 m / s 131.000 m / s<br />
2<br />
9,07x10<br />
m<br />
Rasio nilai<br />
a s<br />
terhadap percepatan gravitai 10<br />
m/<br />
s<br />
2<br />
v<br />
R<br />
131.000 m / s<br />
13.100<br />
2<br />
10 m / s<br />
2 2<br />
Jadi a<br />
s<br />
=13.100 g<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 24
Ayo berlatih 2<br />
Ayo berlatih 1<br />
Posisi sudut suatu titik pada roda dapat dinyatakan sebagai<br />
<br />
2<br />
(2 4 t t )<br />
rad. denagn t dalam sekon. Tentukan:<br />
a. Posisi sudut pada t=0 s dan t = 3 s<br />
b. Kecepatan sudut rata rata pada t=0 s sampai t =3 s<br />
kunci jawaban<br />
a. t = 0 s, =2 rad<br />
b. t = 3 s, = 23 rad<br />
Ayo berlatih 2<br />
Sebuah gabus bermassa 50 gram diikat dengan tali yang<br />
panjangnya 1 meter kemudian diputar horizontal hingga bergerak<br />
melingkar beraturan. Dalam waktu 10 sekon terjadi 50 putaran.<br />
Tentukan (a) kecepatan linier, (b) Percepatan sentripetal<br />
kunci jawaban<br />
a. 10<br />
b. 100<br />
ms<br />
1<br />
ms<br />
2 1<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 25
Tes Formatif<br />
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!<br />
1. Benda dengan massa 8 kg bergerak melingkar beraturan dengan kecepatan<br />
linear sebesar 5 m/s. Jika diameter lingkaran 1 meter, maka besar percepatan<br />
sentripetalnya adalah...m/s 2 .<br />
A. 400<br />
B. 200<br />
C. 100<br />
D. 50<br />
E. 25<br />
2. Jarum speedometer sebuah sepeda motor menunjukkan angka 1200 rpm,<br />
berarti kecepatan sudut putaran mesin motor tersebut adalah....<br />
A. 20 rad/s<br />
B. 40 rad/s<br />
C. 20 rad/s<br />
D. 40 rad/s<br />
E. 60 rad/s<br />
3. Sebuah benda bergerak melingkar beraturan pada lintasan melingkar. Dalam<br />
selang waktu 4 sekon terjadi perubahan sudut sebesar 60 o . Kecepatan sudut<br />
rata-rata benda tersebut adalah....rad/s<br />
A. /36<br />
B. /24<br />
C. /12<br />
D. /4<br />
E. /3<br />
4. Sebuah benda yang mengalami gerak melingkar beraturan, besar kecepatan<br />
liniernya tergantung pada...<br />
A. Periode dan jari-jari lintasan<br />
B. Percepatan gravitasi<br />
C. Massa benda dan periode<br />
D. Massa benda dan frekuensi<br />
E. Massa benda dan jari jari lintasan<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 26
Umpan balik<br />
keeluruhanCocokkanlah jawaban Anda dengan kunci jawaban yang telah<br />
tersedia. Hitunglah hasil jawaban Anda yang benar. Dengan mempergunakan<br />
rumu di bawah ini untuk mengetahui nilai yang Anda peroleh.<br />
Skor yang Anda peroleh<br />
Nilai <br />
x100%<br />
skor maksimal<br />
Jika kriteria Ketuntasan Minimum (KKM) adalah 75, jika Anda memperoleh<br />
nilai 75 maka Anda dinyatakan telah menguaasi materi pada Kegiatan Belajar 2,<br />
dan jika nilai Anda maih di bawah minimal maka Anda dinyatakan belum<br />
menguasai materi pada Kegiatan Belajar 2<br />
Tindak Lanjut<br />
Jika Anda telah menguasai materi pada Kegiatan Belajar 2, maka Anda<br />
dapat melanjutkan ke kegiatan belajar selanjutnya.<br />
Jika Anda belum menguasai materi pada Kegiatan Belajar 2, maka<br />
pelajari kembali, cobalah untuk mengerjakan kembali soal-soal yang<br />
tersedia. Jika kesulitan memahami mintalah bantuan ke teman atau ke<br />
guru.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 27
Untuk memahami<br />
tentang percepatan<br />
sentripetal dapat dilihat<br />
pada video berikut<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 28
Kegiatan belajar 3<br />
1. Hubungan Roda-Roda<br />
Pernhkn kalian memperhatikan gerak<br />
sepeda dan sepeda motor? Sepeda akan<br />
bergerak maju jika kita menggenjot pedal ke<br />
depan. Genjotan pada pedal sepeda tersebut<br />
memutar gir depan. Gir dihubungkan dengan<br />
gir belakang menggunakan rantai menyebabkan<br />
sepeda dapat bergerak.<br />
a. Roda-roda yang Saling Bersinggungan<br />
Roda-roda yang bersinggungan dapat kalian jumpai pada mesin jam. Mesin<br />
jam menggunakan roda-roda bergigi yang bersinggungan satu sama lain. Lihat<br />
pada gambar 11.<br />
Pada dua roda yang saling bersinggungan, arah putaran kedua roda itu saling<br />
berlawanan, tetapi kecepatan linier kedua roda sama besar. Jika roda A yang<br />
berjari-jari RA cm dan roda B yang berjari-jari RB cm saling bersinggungan,<br />
berlaku persamaan<br />
pixabay.com<br />
gambar 10.Gir depan sepeda<br />
dihubungkan menggunakan<br />
rantai dengan gir belakang<br />
atau R <br />
R<br />
A B A A B B<br />
(18)<br />
Keterangan:<br />
A<br />
= kecepatan linier roda A, B<br />
= kecepatan linier roda B,<br />
A<br />
= kecepatan sudut<br />
roda A , dan<br />
<br />
B<br />
= Kecepatan sudut roda B.<br />
R 1<br />
R 2<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 29
Gambar 11. Rodaroda<br />
bergigi<br />
bersinggungan satu<br />
sama lain.<br />
mafiol.com<br />
Jika kedua roda mempunyai jumlah gigi<br />
n A<br />
dan<br />
n B<br />
, maka berlaku persamaan:<br />
r n<br />
r<br />
n<br />
A A B<br />
B B A<br />
Keterangan:<br />
n A<br />
= jumlah gigi roda A<br />
n B<br />
= jumlah gigi roda B<br />
Persamaan ini memberikan arti bahwa kecepatan sudut yang dimiliki<br />
roda-roda yang bersinggungan berbanding terbalik dengan jumlah gigi yang<br />
dimilikinya. Pernyataan ini dapat kita lihat kebenarannya saat melihat dua<br />
roda dengan jumlah gigi yang berbeda. Roda dengan jumlah gigi yang banyak<br />
akan berputar lebih lambat daripada roda dengan jumlah gigi sedikit.<br />
b. Roda-roda yang Terhubung oleh Tali atau Rantai<br />
Coba perhatikan gir depan dan gir belakang pada sepeda yang dihungkan<br />
dengan rantai. Pada saat sepeda bergerak maju, gir depan dan gir belakang<br />
akan berputar searah jarum jam. perhatikan gambar 12.<br />
Roda-roda yang terhubung oleh tali atau rantai akan berputar dengan arah<br />
yang sama. Roda-roda yang terhubung dengan cara ini memiliki kecepatan<br />
linier yang sama meski jari-jari atau diameternya berbeda.<br />
Jika roda A yang berjari-jari RA dan roda B yang berjari-jari RB terhubung<br />
dengan sabuk, berlaku persamaan :<br />
atau R R<br />
A B A A B B<br />
(19)<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 30
Keterangan:<br />
A<br />
= kecepatan linier roda A,<br />
B<br />
= kecepatan linier roda B,<br />
A<br />
=<br />
kecepatan sudut roda A , dan<br />
B<br />
= Kecepatan sudut roda B.<br />
R 1<br />
R 2<br />
alibaba.com<br />
Gambar 12. Gir depan dan gir belakang<br />
sepeda dihubungkan dengan rantai.<br />
Kesimpulan, Arah dan besar kecepatan linier pada dua roda yang<br />
dihubungkan dengan tali atau rantai adalah sama.<br />
c. Roda-Roda Sesumbu<br />
Perhatikan gir belakang dan roda belakang pada sepeda. Gir dan roda<br />
sepeda ini mempunyai pusat yang sama. Gir belakang dan roda sepeda<br />
merupakan salah satu contoh roda-roda yang sepusat. Perhatikan gambar 13.<br />
Roda-roda yang terpasang sesumbu akan memiki arah putaran dan<br />
kecepatan sudut yang sama. Pada roda-roda A dan B yang sesumbu berlaku<br />
persamaan:<br />
<br />
A<br />
<br />
<br />
A B A A<br />
B<br />
atau atau <br />
R<br />
A<br />
RB vB RB<br />
v<br />
R<br />
(20)<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 31
clipground.com<br />
Gambar 13. Gir dan roda belakang sepeda<br />
merupakan contoh hubungan roda-roda<br />
yaang sepusat.<br />
Pada saat sepeda bergerak maju, roda belakang berputar searah jarum<br />
jam. Demikian pula dengan gir belakang. Setelah selang waktu tertentu, gir<br />
belakang dan roda sepeda menempuh sudut yang sama. Ini berarti kecepatan<br />
sudut gir belakang dan roda belakang sepeda adalah sama.<br />
Mosaik<br />
Mozaik<br />
James Watt (1736-1819) adalah insinyur<br />
besar dari Britania. Ia adalah penemu<br />
mesin uap pertama yang efisien. Mesin<br />
ini menggunakan sejenis gir pendorong<br />
yang disebut gir matahari dan planet. Gir<br />
planet pada mesin ini mengelilingi gir<br />
matahari yang lebih besar. Sistem gir ini<br />
mengubah gerakan naik turun piston<br />
menjadi gerakan yang emmutar sumbu<br />
roda.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 32
contoh soal 1<br />
Perhatikan gambar berikut, RA = 50 cm, RB = 20 cm, Rc = 10 cm. Jika<br />
roda A memiliki kelajuan linier 1 m/s, tentukan kecepatan sudut<br />
roda C dalam rad/s.<br />
A<br />
C<br />
B<br />
penyelesaian<br />
Roda A sesumbu roda B ( sama), roda oleh B dan roda C<br />
terhubung oleh sabuk ( v sama)<br />
v<br />
C<br />
. R<br />
<br />
B<br />
C C B B<br />
A<br />
B<br />
A<br />
<br />
RA<br />
.0,1 .0,2<br />
C<br />
<br />
1<br />
0,5<br />
4rad/s<br />
C<br />
v<br />
R<br />
v<br />
<br />
1<br />
0,5<br />
contoh soal 2<br />
Perhatikan gambar berikut, RA = 10 cm, RB = 20 cm. Jika titik P<br />
bergerak dengan 2 m/s, tentukan kecepatan titik Q.<br />
P<br />
B<br />
A<br />
Q<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 33
penyelesaian<br />
R 10 cm v 2 m/s<br />
A<br />
R 20 cm v ?<br />
B<br />
p<br />
Q<br />
Roda A dan B sesumbu berarti kecepatan sudutnya sama.<br />
<br />
v<br />
R<br />
B<br />
Q<br />
B<br />
A<br />
v<br />
<br />
R<br />
p<br />
A<br />
v<br />
Q<br />
2<br />
.20 4m/s<br />
10<br />
Kamu perlu tahu<br />
Naik dan Mengitari Lintasan Putar<br />
Ketika pengendara “tong<br />
setan” mengitari gulungan lintasan<br />
maut, tekanan lintasaan terhadap<br />
ban sepedanya menyebabkan<br />
timbulnya gaya sentripetal yang<br />
menariknya mengelilingi lintasan<br />
yang melingkar itu. Ketika ia berada<br />
di bagian atas lintasan, gravitasi<br />
bumi menariknya ke bawah.<br />
Namun, kecenderungannya untuk bergerak mengikuti garis lurus<br />
(yang diebut gaya sentrifugal) membuat motornya tertekan ke luar<br />
menimpa lintasan. Untuk menempuh lintasan putar dengan aman<br />
sepeda motor harus mempunyai kecepatan tinggi. Oleh karena itu,<br />
diperlukan lintasan menurun yang panjang agar sepedaa motor makin<br />
lama makin cepat.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 34
Ringkasan tentang gerak melingkar dapat dilihat pada video berikut<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 35
Kegiatan<br />
Tujuan<br />
Alat dan kegiatan<br />
: Mengamati pengaruh gaya sentripetal terhadap<br />
: Satu set alat peraga gerak melingkar (seperti pada<br />
gambar), variak (sumber tegangan arus listrik)<br />
Cara kerja:<br />
1. Letakkan benda dalam wujud koin di bagian dalam lempeng melingkar<br />
yang dapat berotasi pada sumbunya.<br />
2. Pasang variak pada posisi on, dan atur beban sampai berputar stabil<br />
dengan kecepatan tertentu (mulailah dengan kecepatan rendah).<br />
3. Catat data angka perputaran pada pencacah, sementara itu nyalakan<br />
stopwach.<br />
4. Perhatikan dan catat posisi koin terhadap poros pada setiap perubahan<br />
kondisi kecepatan.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 36
5. Catat kecepatan sudut putaran ketika koin meninggalkan tempatnya.<br />
6. Timbanglah koin, dan masukkan semua data pengamatan pada tabel<br />
berikut ini.<br />
N aw<br />
N ak<br />
N<br />
ts ()<br />
<br />
(rad/s) Posisi<br />
(m)<br />
koin<br />
m<br />
(kg)<br />
ketika koin<br />
loncat<br />
Diskusi:<br />
1. Apa yang dapat kalian simpulkan dari kegiatan tersebut?<br />
2. Adakah hubungan natara besarnya gaya sentripetal dengan kecepatan<br />
sudut? Jelaskan!<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 37
Rangkuman<br />
Benda dikatakan bergerak lurus berubah beraturan jika mempunyai<br />
percepatan konstan. Demikian pula benda yang bergerak melingkar berubah<br />
beraturan juga mempunyai percepatan sudut konstan. Perubahan kecepatan<br />
sudut dalam selang waktu tertentu disebut percepatan sudut (α) yang<br />
besarnya:<br />
<br />
2 1<br />
t t<br />
<br />
t<br />
2 1<br />
Jika besar percepatan sudut konstan, maka benda dikatakan bergerak<br />
melingkar berubah beraturan. Sementara itu, perpindahan dalam gerak<br />
melingkar dinyatakan dengan besar sudut . Besar sudut yang ditempuh oleh<br />
benda yang melakukan gerak melingkar dalam selang waktu tertentu disebut<br />
perpindahan sudut. Hubungan antara perpindahan sudut ( ), kecepatan sudut<br />
( ), dan waktu dinyatakan dalam bentuk persamaan:<br />
t<br />
1<br />
o<br />
2<br />
t<br />
2<br />
Pada prinsipnya, persamaan pada GMBB dan GLBB adalah sama, yang<br />
membedakan hanyalah besaran yang digunakan pada GMBB dan GLBB. Tabel di<br />
bawah ini menunjukkan analog persamaan GMBB dan GLBB.<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 38
Tabel 2. Analog persamaan gerak melingkar berubah beraturan dengan gerak<br />
lurus berubah beraturan.<br />
Besaran <strong>Gerak</strong> lurus Besaran <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> Keterangan<br />
Kecepatan<br />
rerata<br />
Percepatan<br />
Perpindahan<br />
Kecepatan<br />
pada saat t<br />
sekon<br />
v<br />
rerata<br />
<br />
<br />
v<br />
vt<br />
v<br />
a <br />
t t<br />
o<br />
o<br />
o<br />
v<br />
2<br />
1<br />
s vot at<br />
2<br />
v v at<br />
t<br />
o<br />
v v 2as<br />
2 2<br />
t o<br />
2<br />
t<br />
<br />
Kecepatan<br />
sudut rerata<br />
Percepatan<br />
sudut<br />
Perpindahan<br />
sudut<br />
Kecepatan<br />
sudut pada saat<br />
t sekon<br />
<br />
rerata<br />
<br />
<br />
<br />
o<br />
t<br />
o<br />
<br />
t<br />
t o<br />
2<br />
<br />
t<br />
1<br />
o<br />
2<br />
t<br />
t<br />
t<br />
o<br />
2a<br />
2 2<br />
t o<br />
2<br />
t<br />
<br />
ar<br />
sr<br />
vr<br />
Hubungan periode (T) dengan frekuensi (f) diberikan dalam bentuk<br />
persamaan :<br />
1<br />
f <br />
T<br />
atau<br />
T <br />
1<br />
f<br />
Kecepatan linier dari benda yang bergerak melingkar dengan jejari r dapat<br />
dicari dengan rumus:<br />
2<br />
r<br />
v <br />
T<br />
Kecepatan sudut dari benda yang bergerak melingkar dirumuskan :<br />
2<br />
atau<br />
T<br />
Percepatan sentripetal selalu menuju ke pusat lingkaran. Persamaan untuk<br />
mencari besar percepatan sentripetal adalah:<br />
a<br />
s<br />
2<br />
v<br />
<br />
r<br />
,<br />
as<br />
2<br />
f<br />
2<br />
r<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 39
<strong>Gerak</strong> melingkar beraturan pada hubungan roda-roda dijelaskan pada<br />
tabel 3 berikut ini:<br />
Tabel 3. Hubungan antar roda-roda<br />
Jenis<br />
No Hubungan<br />
Gambar<br />
Arah putar dan persamaan<br />
Roda<br />
1. Seporos ✓ Arah putar roda A searah<br />
dengan roda B<br />
✓ Kecepatan sudut : ωA = ωB<br />
✓ Kecepatan linear : V A<br />
R A<br />
= V B<br />
R B<br />
2. Bersinggungan ✓ Arah putar roda A berlawanaan<br />
arah dengan arah putar roda B<br />
✓ Kecepatan linear : VA = VB<br />
✓ Kecepatan sudut : ωA RA = ωB<br />
RB<br />
Dimana :<br />
RA : Jumlah gigi pada roda A<br />
RA : Jumlah gigi pada roda B<br />
3. Dengan sabuk<br />
atau rantai<br />
✓ Arah putar roda A searah<br />
dengan roda B<br />
✓ Kelajuan linear roda A dan B<br />
sama<br />
✓ Kecepatan linear : VA = VB<br />
✓ Kecepatan sudut : ωA RA = ωB<br />
RB<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 40
Soal Uraian<br />
GERAK MELINGKAR BERATURAN<br />
1. Nyatakan dalam satuan radian :<br />
a. 90 o<br />
b. 270 o<br />
2. Konversikan ke dalam satuan rad/s :<br />
a. 120 rpm<br />
b. 60 rpm<br />
3. Sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 50π rad/s.<br />
Tentukan frekuensi putaran gerak benda !<br />
4. Kecepatan sudut sebuah benda bergerak melingkar adalah 12 π rad/s. Jika<br />
jari-jari putarannya adalah 2 m, tentukan besar kecepatan benda tersebut !<br />
5. Sebuah benda bermassa 1 kg berputar dengan kecepatan sudut 120 rpm.<br />
Jika jari-jari putaran benda adalah 2 m, tentukan percepatan sentripetal<br />
gerak benda tersebut !<br />
6. Gaya sentripetal yang bekerja pada sebuah benda bermassa 1 kg yang<br />
sedang bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari lintasan sebesar 2 m<br />
dan kecepatan 3 m/s adalah…<br />
7. Sebuah partikel bergerak melingkar dengan kecepatan sudut sebesar 4<br />
rad/s selama 5 secon. Tentukan besar sudut yang ditempuh partikel !<br />
HUBUNGAN RODA-RODA<br />
8. Tiga buah roda masing-masing berjari-jari RA = 6 cm, RB = 12 cm dan RC =<br />
16 cm disusun seperti pada gambar di samping. Jika roda A berputar<br />
dengan kecepatan sudut 10 rad/ s, hitunglah kelajuan linier roda C !<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 41
9. Sistem 4 roda diperlihatkan seperti gambar berikut. Jari-jari roda A, B, C<br />
dan D masing-masing 5 cm, 4 cm, 30 cm dan 20 cm. Jika kecepatan sudut<br />
roda A = 24 rad/s, maka kecepatan sudut roda D adalah …<br />
Glosarium<br />
Frekuensi Banyaknya putaran<br />
yang ditempuh persatuan<br />
waktu<br />
<strong>Gerak</strong> melingkar beraturan<br />
<strong>Gerak</strong> benda pada lintasan<br />
melingkar dengan kecepatan<br />
sudut dan kelajuan anguler<br />
konstan.<br />
Kecepatan linier kecepatan<br />
yang arahnya menyinggung<br />
lingkaran<br />
Kecepatan sudut besarnya<br />
sudut yang ditempuh pada<br />
selang waktu tertentu<br />
Percepatan sentripetal<br />
percepatan dalam gerak<br />
melingkar yang arahnya menuju<br />
pusat lingkaran.<br />
Periode waktu yang diperlukan<br />
untuk menempuh satu putaran<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 42
Daftar Pustaka<br />
Bagus Raharja. 2013. Panduan belajar fisika 1A SMA kelas X. Bogor: Yudistira.<br />
Marthen Kanginan. 2016. Fisika untuk SMAA/MA kelas X. Jakarta: Erlangga<br />
Tim Penyusun. 2013. Fisika: Untuk SMA/MA Kelas X. Jawa Tengah: Viva Pakarindo<br />
https://www.youtube.com/watch?v=Xo73GMUgx7s diunduh tanggal 29 Januari 2017<br />
https://www.youtube.com/watch?v=AwIUgpMXJ0Q&t=90s&index=12&list=PLYd-<br />
4PUzs1NEVq9S0KqRa4vkL-ovR2Kay diunduh tanggal 29 Januari 2017<br />
https://www.youtube.com/watch?v=uoYXygRDBDc&index=9&list=PLYd-<br />
4PUzs1NEVq9S0KqRa4vkL-ovR2Kay diunduh tanggal 29 Januari 2017<br />
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 43
Modul Elektronik Fisika Materi <strong>Gerak</strong> <strong>Melingkar</strong> 44