Alam dan kehidupan sehari-hari penuh dengan contoh-contoh gerak melingkar beraturan (GMB). GMB terjadi karena gaya sentripetal, gaya yang menunjuk ke pusat lingkaran. Secara matematis, sebuah objek dalam gerakan melingkar beraturan memiliki gaya total menuju pusat lingkaran, vektor percepatan menuju pusat lingkaran, dan kecepatan garis singgung ke lingkaran.
Pengertian Gerak Melingkar Beraturan (GMB)
Gerak melingkar beraturan adalah gerak melingkar dengan kecepatan konstan. Jadi gerakan jenis ini terlihat jika suatu objek bergerak dengan kecepatan konstan di sekitar sumbu tetap atau titik tengah, dan objek bergerak di sekitar jalur lengkung dan mempertahankan jarak radial konstan dari titik pusat pada waktu tertentu serta bergerak dalam garis singgung ke jalur melengkung.
Pada GMB, lintasan berbentuk lingkaran. (Jelas dong ya, namanya saja gerak melingkar. Hehehee). Gerak melingkar beraturan dapat digambarkan sebagai gerak suatu benda dalam lingkaran dengan kecepatan konstan. Saat sebuah objek bergerak dalam lingkaran, ia terus-menerus mengubah arahnya. Bagaimanapun, objek bergerak bersinggungan dengan lingkaran.
Karena arah vektor kecepatan sama dengan arah gerak objek, vektor kecepatan diarahkan bersinggungan dengan lingkaran juga. Objek yang bergerak dalam lingkaran semakin cepat. Objek yang dipercepat adalah objek yang mengubah kecepatannya, baik kecepatan (misal besarnya vektor kecepatan) atau arahnya.
Meskipun objek yang mengalami gerakan melingkar beraturan bergerak dengan kecepatan konstan, itu dapat dipercepat karena adanya perubahan arah, yakni arah percepatan ke dalam. Karakteristik gerak terakhir untuk objek yang mengalami gerakan melingkar beraturan adalah gaya total. Gaya total yang bekerja pada objek semacam itu diarahkan ke pusat lingkaran.
Gaya total dikatakan sebagai gaya dalam atau sentripetal. Tanpa kekuatan batin seperti itu, sebuah objek akan terus dalam garis lurus, tidak pernah menyimpang dari arahnya. Namun, dengan gaya jaring ke dalam diarahkan tegak lurus ke vektor kecepatan, objek selalu berubah arah dan mengalami percepatan ke arah dalam.
Dalam GMB, Kamu dapat mengamati dua hal:
- Kecepatan konstan. Ini melacak lingkaran dengan pusat tetap.
- Di setiap titik gerakannya, objek berubah arah. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa untuk tetap berada di jalur melingkar, objek harus berubah arah terus menerus.
Dari poin kedua, dapat diperoleh hasil penting berikut:
Hukum gerak pertama Newton menginformasikan bahwa tidak mungkin ada percepatan tanpa gaya total. Jadi pasti ada kekuatan yang terkait dengan gerakan memutar. Dengan kata lain, agar gerakan melingkar terjadi, gaya total harus bekerja pada objek. Perubahan arah adalah hasil dari gaya sentripetal.
Misalnya, selama bola melekat pada tali, itu akan terus mengikuti jalur melingkar. Saat tali putus atau Kamu melepaskan tali, gaya sentripetal berhenti beraksi dan bola terbang menjauh. Untuk lebih mudah dalam memahami gerak melingkar beraturan, pahami kalimat berikut: Pada GMB, arah kecepatan adalah sepanjang garis singgung yang ditarik ke posisi partikel pada keliling lingkaran.
Oleh karena itu, arah kecepatan berubah terus menerus, namun besarnya kecepatan konstan. Oleh karena itu, besarnya kecepatan sudut adalah konstan.
Ciri Gerak Melingkar Beraturan (GMB)
- Kecepatan sudut konstan (ω = cst).
- Vektor kecepatan bersinggungan dengan lintasan di setiap titik dan arahnya sama dengan arah gerak. Ini berarti bahwa geraknya memiliki akselerasi normal.
- Keduanya, percepatan sudut (α) dan percepatan tangensial (at) adalah nol, karena kecepatan (besarnya vektor kecepatan) konstan.
- Ada periode (T), yaitu waktu yang dibutuhkan tubuh dalam menyelesaikan rotasi penuh. Ini berarti bahwa karakteristik gerakan adalah sama setiap detik T. Ekspresi untuk perhitungan periode adalah T = 2π / ω dan itu hanya berlaku dalam kasus gerak melingkar beraturan (GMB).
- Ada frekuensi (f), yang merupakan jumlah rotasi lengkap per detik yang diberikan tubuh. Nilainya adalah kebalikan dari periode.
Jenis
1. Periode (T)
Periode (T) adalah waktu yang dibutuhkan objek untuk menyelesaikan satu revolusi. Ini dilambangkan dengan ‘T’.
2. Frekuensi (f)
Jumlah putaran yang diselesaikan objek dalam satu detik disebut frekuensi revolusi. Frekuensi ditunjukkan dengan f dan f = 1 / T. Satuan frekuensi adalah Hertz (Hz). Satu Hz berarti satu revolusi per detik.
3. Gaya sentripetal
Benda yang bergerak dalam lingkaran mengubah arahnya secara terus menerus. Karena itu, dapat dikatakan bahwa gerakan melingkar adalah gerakan yang dipercepat. Dari hukum Newton, semua tahu bahwa tubuh hanya dapat berakselerasi ketika ditindaklanjuti oleh suatu kekuatan.
Dalam kasus gerakan melingkar, gaya ini adalah gaya sentripetal. Jika ‘m ‘adalah massa tubuh, maka gaya sentripetal yang diberikan oleh F = mv2 / r; di mana ‘r’ adalah jari-jari orbit melingkar.
4. Kecepatan sudut
Kamu juga bisa mendapatkan gagasan tentang seberapa cepat suatu objek bergerak dalam lingkaran jika Kamu tahu seberapa cepat garis yang menghubungkan objek ke pusat lingkaran berputar. Ini dapat diukur dengan mengukur laju perubahan sudut di tengah. Kuantitas ini adalah ω dan ω = Perubahan sudut per satuan waktu. Karenanya, ω adalah Kecepatan Sudut.
Unit SI adalah radian / s atau rad / s. Untuk satu putaran, perubahan sudut adalah 2π dan waktu yang diambil adalah ‘T’, oleh karena itu dapat ditulis dengan:
ω = 2π / T = 2πν
Biasanya diukur dalam r.p.m atau rotasi per menit. ω = 1 r.p.m, jika sebuah tubuh menyelesaikan satu rotasi per menit. Kamu juga dapat mengonversi r.p.m ke radian per detik seperti saya r.p.m. = 2π / 60s = π / 30 rad / s
Rumus
Ketika suatu benda mengalami gerakan melingkar yang beraturan, ia bergerak dalam lintasan melingkar dengan kecepatan konstan. Jika r adalah jari-jari lintasan, dan periode didefinisikan dengan T, dan v adalah keliling. Sebagai waktu yang diperlukan untuk membuat lingkaran penuh, maka kecepatan diberikan oleh keliling selama periode tersebut.
Persamaan yang sama menghubungkan besarnya percepatan dengan kecepatan adalah:
v = 2 π r / T
a = 2 π v / T
Dua persamaan ini dapat digabungkan untuk memberikan persamaan:
Ini dikenal sebagai percepatan sentripetal, ν²⁄ r adalah bentuk khusus dari percepatan saat Kamu berhadapan dengan benda yang mengalami gerakan melingkar beraturan.
Contoh Gerak Melingkar Beraturan (GMB)
- Gerak bumi mengelilingi matahari.
- Revolusi elektron di sekitar inti atom.
- Pekikan mobil saat melewati tikungan.
- Roda kendaraan apa pun bergerak di sepanjang jalur melingkar.
- Pompa air di taman yang mengalirkan air dengan gerakan memutar.
Kecepatan suatu benda dalam gerak melingkar beraturan adalah konstan karena bagaimanapun juga itulah yang membuatnya beraturan. Namun kecepatannya selalu berubah. Satelit atau mobil atau burung yang bergerak dalam gerakan melingkar terus berubah arah, sehingga kecepatannya terus berubah. Ini menunjukkan mengapa suatu objek dapat memiliki percepatan bahkan pada kecepatan konstan.
