Gerak Melingkar Beraturan

Gerak Melingkar Beraturan

Gerak melingkar beraturan adalah gerak yang lintasannya berbentuk lingkaran dengan laju konstan dan arah kecepatan tegak lurus terhadap arah percepatan. Sebuah benda bergerak pada garis lurus jika gaya total yang ada padanya bekerja pada arah gerak benda tersebut, atau sama dengan nol. Jika gaya total bekerja dengan membentuk suatu sudut terhadap arah gerak pada setiap saat, benda akan bergerak dalam lintasan yang
membentuk kurva. Sebagai contoh gerak roda dan gerak bola di ujung tali yang diputar.

Pengertian Gerak Melingkar Beraturan

Gerak melingkar beraturan adalah gerak yang lintasannya berbentuk lingkaran dengan laju konstan dan arah kecepatan tegak lurus terhadap arah percepatan. Arah kecepatan terus berubah sementara benda bergerak dalam lingkaran tersebut, tampak seperti pada gambar disamping. Oleh karena percepatan didefinisikan sebagai besar perubahan kecepatan, perubahan arah kecepatan menyebabkan percepatan sebagaimana juga perubahan besar kecepatan. Dengan demikian, benda yang mengelilingi sebuah lingkaran terus dipercepat, bahkan ketika lajunya tetap konstan (v₁= v₂= v).

Besaran-Besaran Dalam Gerak Melingkar Beraturan

1. Periode Dan Frekuensi Gerak Melingkar Beraturan

Sebuah partikel/benda yang bergerak melingkar baik gerak melingkar beraturan ataupun yang tidak beraturan, geraknya akan selalu berulang pada suatu saat tertentu. Dengan memerhatikan sebuah titik pada lintasan geraknya, sebuah partikel yang telah melakukan satu putaran penuh akan kembali atau melewati posisi semula. Gerak melingkar sering dideskripsikan dalam frekuensi ( f ), yaitu jumlah putaran tiap satuan waktu atau jumlah putaran per sekon. Sementara itu, periode (T ) adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu putaran.

Hubungan antara periode (T ) dan frekuensi ( f ) adalah:

dengan:           T =periode(s)
f = frekuensi (Hz)

Sebagai contoh, jika sebuah benda berputar dengan frekuensi 3 putaran/sekon, maka untuk melakukan satu putaran penuh, benda itu memerlukan waktu 1/3 sekon. Untuk benda yang berputar membentuk lingkaran dengan laju konstan ν, dapat kita tuliskan:

Hal ini disebabkan dalam satu putaran, benda tersebut menempuh satu keliling lingkaran (= 2 π R).

2. Posisi Sudut (θ) Gerak Melingkar Beraturan

Gambar dibawah melukiskan sebuah titik P yang berputar terhadap sumbu yang tegak lurus terhadap bidang gambar melalui titik O. Titik P bergerak dari A ke B dalam selang waktu t. Posisi titik P dapat dilihat dari besarnya sudut yang ditempuh, yaitu θ yang dibentuk oleh garis AB terhadap sumbu x yang melalui titik O. Posisi sudut θ diberi satuan radian (rad). Besar sudut satu putaran adalah 360° = 2 θ radian.

Jika θ adalah sudut pusat lingkaran yang panjang busurnya s dan jari-jarinya R, diperoleh hubungan: 

                      θ = lintasan/posisi sudut (rad)

s = busur lintasan (m)
R = jari-jari (m)

3. Kecepatan Sudut/Kecepatan Angular Gerak Melingkar Beraturan

Dalam gerak melingkar beraturan, kecepatan sudut atau kecepatan anguler untuk selang waktu yang sama selalu konstan. Kecepatan sudut didefinisikan sebagai besar sudut yang ditempuh tiap satu satuan waktu. Untuk partikel yang melakukan gerak satu kali putaran, didapatkan sudut yang ditempuh θ =2 π dan waktu tempuh t = T. Berarti, kecepatan sudut ( ω) pada gerak melingkar beraturan dapat dirumuskan:

 

dengan:

ω = kecepatan sudut (rad/s)
T = periode (s)
f = frekuensi (Hz)

4. Gaya Sentripetal (F_s)

Gaya sentripetal (F_s) terjadi saat benda melakukan gerak melingkar.


Gaya sentripetal adalah suatu resultan gaya yang arahnya menuju pusat lingkaran saat benda melakukan gerak melingkar.

Persamaan umum gaya sentripetal :

ΣF_s = m.a_s

dimana :
m = massa benda (kg)
a_s = percepatan sentripetal (m/s2)
ΣF_s = resultan gaya sentripetal (N)

Gaya sentripetal dapat terjadi baik pada benda yang bergerak melingkar horizontal maupun melingkar vertikal .

Contoh benda yang bergerak melingkar horizontal adalah : bandul yang diputar horizontal , gesekan antara ban mobil dengan jalan saat membelok pada tikungan melingkar, ayunan kerucut (ayunan konis).

Bandul diputar horizontal                    ayunan konis                    gesekan antara ban mobil & jalan