GAYA SENTRI PETAL : PENGERTIAN, RUMUS DAN CONTOH SOAL + PEMBAHASAN MUDAH DAN LENGKAP TERBARU

Hallo sobat belajar!!!

Selamat datang Kembali di halaman  https://bloghalamansekolah.blogspot.com/.

Bahasan kita kali ini yaitu tentang gaya sentripetal berikut Pengertian, Rumus serta contoh soal yang dilengkapi dengan pembahasan.

Pada pembahasan sebelumnya, telah dibahas bahwa penyebab dari gerak suatu benda adalah gaya. Dan Sir Isaac Newton adalah orang yang berhasil menganalisi hubungan antara gerak dan gaya dengan melahirkan tiga hukum newton, yaitu hukum newton1, hukum newton 2 dan hukumnewton 3.

Baca Juga :

·        Hukum-Hukum Newton Tentang Gerak Dan Penerapannya Dalam Kehidupan Sehari-hari

·         27 Contoh Soal dan Pembahasan Hukum Newton

Wahana ontang-anting

Ditempat kalian masih sering ada pasar malam bukan? Dan dipasar malam / pasa raya atau festival sering ada wahana permainan dan hiburan yang disebut korsel. 

Dikorsel ada beberapa permainan seperti: Ombak banyu, kuda-kudaan yang berputar atau mobil-mobilan yang berputar. Itu semua merupakan salah satu contoh yang menggunakan konsep gaya sentri petal sehingga kalian bisa berputar pada wahana permainan tersebut.

Contoh lainnya ketika kamu naik Ontang anting yang berputar cepat, rasanya seperti dilempar ke samping, atau ketika kamu naik Rajawali, jika kamu tidak berpegangan kamu pasti akan terpental. Mengapa demikian?

Baca Juga :

Gaya Berat Pengertian & Rumus, Contoh Soal + Pembahasan

Gaya Normal Contoh Soal Beserta Pembahasannya Mudah dan Lengkap

Peristiwa diatas adalahn salah satu contoh gaya sentrifugal !!

Isaac Newton mendeskripsikannya gaya sentripetal sebagai "suatu gaya di mana benda ditarik atau didorong, atau dengan cara apa pun cenderung, menuju suatu titik sebagai pusat". Dalam mekanika Newton, gravitasi memberikan gaya sentripetal yang menyebabkan orbit astronomis.

Gaya sentrifugal ini berkaitan erat dengan gaya sentripetal (gaya yang membuat objek bergerak melingkar).  

baiklah, Untuk lebih jelas lagi, pembahasan kali ini yaitu tentang gaya sentripetal dan sentrifugal.

Salah satu contoh umum lainnya yang melibatkan gaya sentripetal adalah kasus di mana benda bergerak dengan kecepatan seragam di sepanjang jalur melingkar. Gaya sentripetal diarahkan pada sudut siku-siku terhadap gerakan dan juga sepanjang jari-jari menuju pusat jalur melingkar.^[2][3] Deskripsi matematika diturunkan pada 1659 oleh fisikawan Belanda Christiaan Huygens

Pengertian Gaya Sentripetal

Gaya sentripetal adalah gaya yang menyebabkan percepatan sentripetal. Secara umum gaya ini membuat suatu objek bergerak melingkar dengan percepatan sentripetal yang arahnya menuju pusat lingkaran.

Apa pun objeknya, jika ia bergerak dalam lingkaran, ada kekuatan yang bertindak sehingga menyebabkannya menyimpang dari jalur garis lurus, mempercepat ke dalam dan bergerak sepanjang jalur melingkar.

Gaya sentripetal dapat diamati menggunakan kerangka inersial yaitu kerangka yang memiliki kecepatan kosntan atau diam terhadap bumi.

Contoh gerak sentripetal dalam kehidupan sehari hari beserta penjelasannya:

1. Bumi yang mengorbit mengelilingi Matahari. Gaya sentripetal membuat Bumi tetap pada orbitnya.
2. Bandul yang diikat dengan tali yang diputar. Gaya sentripetal membuat bendul tidak lepas.
3. Anak yang bermain ayunan. Gaya sentripetad membuat ayunan bergerak pada  porosnya.
4. Saat mobil menikung, gaya sentripetal pada ban mobil membuat mobil tidak oleng keluar jalan.

 

Rumus Gaya Sentripetal

Gaya sentripetal adalah gaya yang dialami benda yang bergerak melingkar dan mengarah ke pusat lingkaran gerak. Gaya sentripetal ini akan menyebabkan terjadinya percepatan sentripetal.

Karena gaya sentripetal mengarah ke pusat lingkaran, maka percepatan sentripetal juga mengarah ke pusat lingkaran.

Percepatan sentripetal mengubah arah kecepatan linear sehingga lintasan berupa lingkaran. Gerak lurus yang berinteraksi dengan percepatan sentripetal membuat adanya gerak melingkar.

Besar gaya dan percepatan sentripetal pada setiap lintasan tergantung kecepatan anguler dan jari-jari lintasan.  

Gaya sentripetal, yang diukur dalam newton (N) dapat berupa gaya yang berbeda dalam pengaturan yang berbeda, dapat berupa gravitasi, gesekan, tegangan, angkat, tarikan elektrostatik dll

Rumus gaya sentripetal dimulai dari hukum 2 newton :

F = m.a

a=F/m

karena percepatan sentripetal adalah v²/r maka

v²/r = F/m

Sehingga diperoleh ;

F_sentripetal = mv²/r

Karena arahnya selalu ke pusat lingkaran maka diubah menjadi ω (omega) yaitu kecepatan sudut dengan r (jari-jari) lingkaran, maka gaya sentripetal juga dapat ditulis :

F_sentripetal =mrω²

Keterangan :

·         F_sentripetal = gaya sentripetal (n)

·         m = massa (kg)

·         v = kecepatan (m/s)

·         r = jari-jari (m)

·         ω = kecepatan sudut (rad/s)

 

Contoh Soal 1

1.    Di Wahana Korsel pasar raya terdapat permainan bianglala raksasa atau kincir raksasa. Kincir ini berputar sebanyak 5 putaran setiap menit. Hitunglah gaya yang dialami seseoranganak yang memiliki massa sebesar 50 kg duduk dan ikut berputar dengan kincir ini pada radius 15 m dari pusat kincirnya!

 

Pembahasan

Bianglala atau Kincir yang berputar sebanyak 5 putaran tiap menit sehingga tiap detiknya memiliki perbandingan 5/60 = 1/12 putaran. Maka diperoleh frekuensi yaitu 1/12 Hz.

Gaya yang dialami seseorang tersebut adalah gaya sentripetal. Gaya ini mengubah arah kecepatan orang tersebut.

Diketahui :

F=1/12 Hz

R= 15 m

m=50 kg

Ditanya :

F =…. ?

Dijawab :

F = m.a = mv²/r = mω²r = m(2 πf)²r

F = 4 m π²f²r = 4(50)  π² (1/12)²15

F = 125/6  π²  N

2.    Jika jari-jari dan kecepatan benda dilipatduakan apa yang akan terjadi pada gaya sentripetal ?

Pembahasan

 

Gaya sentripetal berbanding lurus dengan kecepatan kuadrat dan berbanding terbalik dengan jari-jarinya. Dengan begitu kecepatan menjadi dua kali maka akan memengaruhi gaya sentripetal menjadi 4 kali.

Dan jika jari-jarinya diperbesaer dua kali maka gaya sentripetalnya menjadi berkurang ½ kali. Sehingga kita memperoleh gaya sentripetal benda sekarang adalah 4 x (1/2) = 2 kali gaya sentripetal mula-mula.

v²=2v₁

r² = 2r₁

maka F2 adalah

F2 = m = m = 2 m = 2 F1

 

Pengertian Gaya Sentrifugal

 

Gaya sentrifugal adalah gaya inersia yang muncul pada setiap objek yang berputar. Gaya ini berlaku dalam kerangka referensi berputar (melingkar).

 

Gaya sentrifugal merupakan lawan dari gaya sentripetal karena yang dilihat adalah efek semu yang ditimbulkan oleh sebuah benda yang melakukan gerak melingkar, atau melihat sistem dari sudut pandang objek yang bergerak.

Mengapa disebut efek semu?

Karena gaya ini tidak disadari dan bisa disebut juga sebagai gaya khayal yang memudahkan kita belajar ilmu fisika dari sudut pandang/kerangka acuan yang berbeda.

Arah gaya sentrifugal selalu menjauhi pusat lingkaran, dan gaya ini memiliki fungsi untuk mengimbangi gaya sentripetal sehingga benda yang bergerak melingkar dalam keadaan setimbang.

Gaya sentrifugal dapat diamati pada kerangka acuan non-inersial. Artinya kita mengamati dari objek, misal kita mengendarai motor dijalur melingkar, nah kita sebagai objeknya dapat mengamati gaya sentrifugal.

Baca Juga :

GAYA GESEK : PENGERTIAN, RUMUS, CONTOH SOAL DAN JAWABAN MUDAH + LENGKAP

Rumus Gaya Sentrifugal

 

Rumus gaya sentrifugal sama dengan rumus gaya sentripetal yang membedakan hanya arahnya saja.

F = ma = m v²/R 

Contoh Soal Gaya Sentrifugal

Sebuah benda berputar seperti tampak pada gambar. Tentukanlah kecepatan linier benda agar θ = 30°. Diketahui panjang tali l = 0.5 m

Pembahasan

Gaya yang membuat berputar adalah gaya sentripetal. Dan gaya yang membuat benda terpental adalah gaya sentrifugal sehingga gaya ini terdiri dari proyeksi tegangan tali ke bidang datar T sin θ.

Gaya-gaya vertical seimbang mg = T sin θ

Diketahui :

θ = 30°

l = 0.5 m

Ditanya :

V ?

Jawab :

F = ma = m v²/R

T sin 30° = m v²/R

T sin 30° = mg

Walau demikian, saat ini gaya sentrifugal dianggap tidak ada, setelah sekarang ditemukan bahwa lawan dari gaya sentripetal adalah kecepatan sudut.

Nah! Demikian tadi penjelasan tentang gaya berat. semoga penjelasan tersebut bisa menambah pengetahuan dan bermanfaat buat kita semua. Silahkan kunjungi simak pembahasan materi lainnya diweb/blog ini.

 

Terima Kasih, atas kunjungannya. Semoga bermanfaat.

 

GAYA GESEK : PENGERTIAN, RUMUS, CONTOH SOAL DAN JAWABAN MUDAH + LENGKAP

Hallo sobat belajar!!!

Selamat datang Kembali di halaman  https://bloghalamansekolah.blogspot.com/.

Sobat belajar! Kali ini kita akan mempelajari tentang gaya gesek. Gaya gesek merupakan salah satu gaya yang berlaku pada hukum newton yang telah kita bahas sebelumnya. Namun, sebelumnya untuk memahami pengertian tentang gaya gesek perhatikan contoh berikut;

Kalian sering bukan berlarian di halaman sekolah atau di lapangan terutama saat pelajaran olah raga? Pada saat kalian berlarian dilapangan atau dihalaman sekolah, kalian akan merasakan seperti diterpa angin. Nah, disitulah kalian akan merasa ada gesekan dengan angin. Begitu juga saat kalian mengendarai sepeda atau sepeda motor di jalan, maka kalain serasa ada angin yang menabrak pada wajah atau badan kalian.

Pada kejadian di atas, seakani ada gaya yang menahan gerakan kalian. Gaya yang seolah-olah menahan gerak atau laju kalia itulah yang disebut dengan gaya gesek.

PENGERTIAN GAYA GESEK

Gaya gesek adalah gaya yang timbul akibat persentuhan langsung antara dua permukaan benda dengan arah yang berlawanan terhadap gerak arah gerak benda.

Gesekan terjadi apabila ada dua buah benda atau materi yang bersinggungan satu sama lain. Jika pada sebuah benda bekerja gaya tertentu sehingga benda bergerak, maka arah gaya gesek berlawanan dengan arah gerak benda.

Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f (friction). Gaya gesek bekerja pada garis singgung kedua benda. Misalkan, sebuah benda yang terletak pada suatu bidang dikenai gaya sebesar F. Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut dapat kalian lihat pada gambar di bawah ini.

Jika permukaan sebuah benda halus, kemudian bergesekan dengan permukaan yang kasar, maka gaya geseknya akan semakin besar. Kemudian benda yang permukaannya halus bergesekan dengan benda yang permukaannya juga halus maka gaya gesekannya akan semakin kecil.

Dengan demikian, besarnya gaya gesek yang bekerja pada suatu benda dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu sebagai berikut.

1.    Tingkat kekasaran permukaan benda yang bersinggungan

Bidang yang kasar mempunyai gaya gesekan lebih besar daripada bidang yang licin. Tingkat kekasaran suatu bidang dinyatakan dengan suatu angka yang disebut koefisien gesek (μ). Suatu bidang yang kasar memiliki koefisien gesek yang besar, sedangkan pada bidang yang licin sempurna memiliki koefisien gesekan sama dengan nol. Dengan demikian, rentang nilai koefisien gaya gesek adalah sebagai berikut:

2.    Gaya normal

Gaya gesek berbanding lurus dengan gaya normal (N). Sehingga rumus atau persamaan gaya gesek ditulis sebagai berikut.

Dengan f dinyatakan dalam Newton. Dengan melihat persamaan (2) di atas menunjukkan bahwa gaya gesek tidak dipengaruhi oleh luas permukaan kedua bidang yang bersinggungan atau bersentuhan.

MACAM-MACAM GAYA GESEK

Menurut gaya gesek dibagi menjadi dua macam, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis.

Sekarang mari kita bahas satu persatu !

1. Gaya Gesek Statis

Menurut Hukum Inersia (Hukum I Newton) dinyatakan bahawa “pada benda yang diam, resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol…”. Berdasarkan hukum ini, pada saat kita mendorong sebuah meja dikelas, tetapi meja tersebut masih diam (tidak bergerak), maka dipastikan ada gaya lain yang melawan gaya dorong yang kalian lakukan. Gaya tersebut adalah gaya gesek antara kaki-kaki meja dengan lantai kelas.

Gaya gesek ada kejadian diatas bekerja pada meja yang diam, sehingga disebut gaya gesek statis (fs). Jadi, gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam. Di atas telah dijelaskan bahwa besarnya gaya gesek itu tergantung pada tingkat kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersentuhan.

Tingkat kekasaran ini dinyatakan sebagai koefisien gesekan. Untuk benda diam, koefisien gesekan disebut koefisien gesekan statis, disimbolkan μs. Selain tingkat kekasaran permukaan benda, besarnya gaya gesek dipengaruhi oleh besar gaya normal (N) yang diberikan bidang pada benda.

Suatu eksperimen dilakukan untuk menentukan hubungan gaya normal dan gesekan statis, ternyata besarnya gaya gesek berbanding lurus dengan gaya normal. Dari hasil ekperimen tersebut, diperoleh grafik fungsi gaya gesek statis maksimum (fs maks) terhadap gaya normal seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut :

Dari grafik tersebut, gradien atau kemiringan grafik menunjukkan koefisien gesekan statis. Gradien grafik dapat kita cari dengan persamaan berikut ini.

Gradien = tan α

Gradien garis menunjukkan μs, sehingga:

μ_s = tan α

μs	=	fs maks
		N

 Atau dapat dituliskan sebagai berikut.

f_s maks = μ_s.N

 

Keterangan:

f_s maks = gaya gesek statis maksimum (N)

μ_s = koefisien gesekan statis

N = gaya normal (N)

2. Gaya Gesek Kinetis

Untuk memahami tentang gaya kinetis ini, coba kalian perhatikan berikut:

“Asep menendang bola yang berada di atas permukaan tanah, bola yang ditendang akan menggelinding dengan kecepatan tertentu. Akan tetapi, kecepatan bola semakin lama kecepatan bola tersebut akan semakin berkurang dan pada akhirnya berhenti. Bola tersebut dapat bergerak diakibatkan gaya dari tendangan Asep.

Namun, saat bola tersebut sedang bergerak, ada gaya yang menghambat gerak bola dan mengurangi kecepatannya. Gaya yang menyebabkan kecepatan bola semakin berkurang disebut gaya gesek kinetis. Jadi, gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak.

Sama seperti gaya gesek statis, besar gaya gesek kinetis juga bergantung pada gaya normal dan tingkat kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersinggungan (koefisien gesekan). Koefisien gesekan pada benda yang bergerak disebut koefisien gesekan kinetis yang disimbolkan dengan μ_k.

Hubungan antara gaya gesek, koefisien gesekan kinetis, dan gaya normal diberikan dalam persamaan berikut ini.

f_k = μ_k.N

Keterangan:

f_k = gaya gesek kinetik (N)

μ_k = koefisien gesekan kinetik

N = gaya normal (N)

CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN GAYA GESEK STATIS

Sebuah peti bermassa 60 kg, mula-mula diam di atas lantai horizontal kasar (μ_k = 0,1; μ_s = 0,5). Kemudian peti itu didorong dengan gaya F = 100 N yang arahnya membentuk sudut θ terhadap arah horizontal. Jika sin θ = 0,6 dan cos θ = 0,8. Gaya gesek yang dialaminya sebesar…

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 60 kg

μ_k = 0,1

μ_s = 0,5

F = 100 N

sin θ = 0,6

cos θ = 0,8

g = 10 m/s²

Ditanyakan: f ?

Jawab:

Diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut diperlihatkan seperti pada gambar di bawah ini.

Dalam arah vertikal tidak terjadi gerak (diam) sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai berikut.

ΣF_Y = 0

N – F sin θ – w = 0

N = F sin θ + w

N = F sin θ + mg

Gaya gesek statis benda adalah sebagai berikut.

f_s = μs . N

f_s = μ_s(F sin θ + mg)

f_s = (0,5)[(100)(0,6) + (60)(10)]

f_s = (0,5)(60 + 600)

f_s = (0,5)(660)

f_s = 330 N

Karena F < fs maka benda diam sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai berikut.

ΣF_X = 0

F cos θ – f = 0

f = F cos θ

f = (100)(0,8)

f = 80 N

Dengan demikian, gaya gesek yang dialami peti tersebut sebesar 80 N.

CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN GAYA GESEK KINETIS

Sebuah balok kayu didorong Riyanti yang beratnya sebesar 40 N di atas lantai. Koefisien gesekan statik antara balok dengan lantai (μ_s) adalah 0,5 dan koefisien gesek kinetik (μ_k) 0,3. Tentukan:

a)         Besar gaya yang diberikan siswa tersebut agar balok tepat akan bergerak.

b)        Gaya gesek balok dengan lantai pada saat balok diam.

c)         Gaya yang diberikan siswa, jika balok bergerak dengan percepatan 2,5 m/s² dan percepatan gravitasi 10 m/s²

Penyelesaian:

Diketahui:

w = 40 N

μ_s = 0,5

μ_k = 0,3

Ditanyakan:

a) F agar benda tepat akan bergerak

b) f_s dan f_k

c) F jika a = 0,5 m/s²

Jawab:

Gaya-gaya yang bekerja pada balok tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.

Dari gambar diagram gaya yang bekerja pada balok di atas, maka kita ketahui bahwa gaya normal sama dengan gaya berat balok.

N = w = 40 N

a)    Agar balok tepat akan bergerak maka:

F = f_s maks

F = μ_s . N

F = (0,5)(40)

F = 20 N

Jadi, gaya yang harus diberikan agar balok tepat akan bergerak adalah 20 Newton.

b)    Pada saat balok diam, gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis, yaitu sebesar 20 N.

c)    Pada saat bergerak, gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetis. 

f_k = μ_k . N

f_k = (0,3)(40)

f_k = 12 N 

Dengan demikian, gaya total yang bekerja pada balok ditentukan dengan menggunakan persamaan Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut: 

ΣF_x = m.a

F – f_k = m.a

F = m.a + f_k

F = (w/g) a + f_k

F = (40/10) (2,5) + 12

F = (4) (2,5) + 12

F = 10 + 12

F = 22 N

     Jadi, gaya yang diberikan siswa pada balok adalah 22 Newton.

Nah! Demikian tadi penjelasan tentang gaya berat. semoga penjelasan tersebut bisa menambah pengetahuan dan bermanfaat buat kita semua. Silahkan kunjungi simak pembahasan materi lainnya diweb/blog ini.

 

Terima Kasih, atas kunjungannya.

 

Butuh Materi lainnya : 

• Gaya Normal Contoh Soal Beserta Pembahasannya Mudah dan Lengkap
• 27Contoh Soal Dan Pembahasan Hukum Newton
• Hukum-HukumNewton Tentang Gerak Dan Penerapannya Dalam Kehidupan Sehari-hari
• Teori Relativitas Khusus
• Gaya Berat Pengertian & Rumus, Contoh Soal + Pembahasan