31.05.2017 Views

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!