Rumus gaya sentripetal, pahami konsep dasar, penerapan, dan cara menghitung

Brilio.net - Gaya sentripetal merupakan materi fisika wajib yang diajarkan sejak kelas 10. Gaya sentripetal adalah gaya yang menyebabkan suatu benda bergerak melingkar dengan arah selalu menuju pusat lingkaran. Dimana gaya sentripetal berfungsi untuk mengubah arah gerak benda tanpa mengubah besar kecepatan linearnya.

Tanpa adanya gaya sentripetal, maka suatu benda tidak akan bisa bergerak melingkar. Pada gaya sentripetal memiliki rumus yang dapat digunakan untuk menghitung besarnya gaya, jarak, kecepatan, dan percepatan pada gerak melingkar.

Supaya lebih memahaminya, berikut brilio.net mengulik rumus gaya sentripetal, pahami konsep dasar, penerapan, dan cara menghitung. Dilansir dari berbagai sumber pada Rabu (15/11).

Pengertian gaya sentripetal.

foto: freepik.com

Gaya sentripetal adalah gaya yang menarik atau menahan suatu benda menuju pusat lintasan lengkungnya (pusat pusaran). Gaya ini diperlukan untuk menjaga benda tetap bergerak dalam lintasan melingkar atau kurva tertentu. Gaya sentripetal selalu tegak lurus dengan kecepatan benda dan mengarah ke pusat lingkaran atau kurva gerakan tersebut.

Beberapa hal penting terkait gaya sentripetal:

1. Hubungan dengan percepatan sentripetal.

Gaya sentripetal (F_sentripetal) memiliki hubungan dengan percepatan sentripetal (a_sentripetal) melalui hukum kedua Newton (F=ma). Dalam hal ini, massa (m) adalah massa benda yang bergerak, dan percepatan sentripetal dapat dihitung sebagai a_sentripetal = v²/r, di mana v adalah kecepatan benda dan r adalah jarak antara pusat lintasan dan benda tersebut.

2. Gaya sentripetal dan gerakan melingkar.

Ketika suatu benda bergerak dalam lintasan melingkar, misalnya pada gerak melingkar uniform (GMU), ada gaya sentripetal yang bertanggung jawab untuk menjaga benda tetap berada dalam lintasan melingkar tersebut.

3. Sumber gaya sentripetal.

Gaya sentripetal dapat berasal dari berbagai sumber, seperti gaya gravitasi (pada planet dan benda-benda yang berputar mengelilingi benda besar), gaya tegangan pada tali (pada benda yang berputar mengelilingi suatu titik), atau gaya elektromagnetik (pada partikel bermuatan yang bergerak melalui medan magnet).

4. Momentum sudut dan gaya sentripetal.

Gaya sentripetal juga terkait dengan momentum sudut. Dalam gerakan melingkar, benda memiliki momentum sudut yang konstan, dan gaya sentripetal bertanggung jawab untuk menghasilkan perubahan arah momentum sudut tersebut.

Gaya sentripetal penting dalam memahami berbagai fenomena fisika, termasuk gerakan planet mengelilingi matahari, gerakan bulan mengelilingi bumi, atau bahkan gerakan objek dalam suatu percobaan fisika di laboratorium.

Sifat-sifat gaya sentripetal.

foto: freepik.com

Gaya sentripetal berfungsi untuk mengubah arah gerak benda tanpa mengubah besar kecepatan linearnya. Tanpa adanya gaya sentripetal, maka suatu benda tidak akan bisa bergerak melingkar. Beberapa sifat-sifat gaya sentripetal adalah:

1. Gaya sentripetal selalu tegak lurus dengan kecepatan linear benda yang bergerak melingkar.

2. Gaya sentripetal berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatan linear benda, dan berbanding terbalik dengan jari-jari lintasan melingkar.

3. Gaya sentripetal selalu menuju pusat lingkaran, sehingga menimbulkan percepatan sentripetal yang juga menuju pusat lingkaran.

4. Gaya sentripetal dapat berasal dari berbagai sumber, seperti gaya gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya gesek, gaya normal, gaya tegangan, dan lain-lain.

Rumus gaya sentripetal.

foto: freepik.com

Rumus gaya sentripetal adalah rumus yang digunakan untuk menghitung besarnya gaya yang menyebabkan suatu benda bergerak melingkar dengan arah selalu menuju pusat lingkaran. Rumus gaya sentripetal berdasarkan hukum Newton II adalah:

F = m.v²/r

Keterangan:

- (F) adalah gaya sentripetal (N)
- (m) adalah massa benda (kg)
- (v) adalah kecepatan linear benda (m/s)
- (r) adalah jari-jari lintasan melingkar (m)

Rumus gaya sentripetal dapat digunakan untuk menghitung gaya yang bekerja pada benda yang bergerak melingkar, seperti bola yang diikat dengan tali, satelit yang mengorbit bumi, atau mobil yang berbelok di tikungan. Rumus gaya sentripetal juga dapat digunakan untuk menghitung jarak, kecepatan, atau percepatan benda yang bergerak melingkar jika diketahui besarnya gaya sentripetal.

Penerapan gaya sentripetal dalam kehidupan manusia.

foto: freepik.com

Gaya sentripetal berfungsi untuk mengubah arah gerak benda tanpa mengubah besar kecepatan linearnya. Tanpa adanya gaya sentripetal, maka suatu benda tidak akan bisa bergerak melingkar. Gaya sentripetal memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, seperti:

1. Gerak benda-benda langit, seperti planet, bulan, satelit, dan komet, yang mengorbit benda lain dengan gaya gravitasi sebagai gaya sentripetal.

2. Gerak bola yang diikat dengan tali dan diputar secara horizontal, dengan gaya tegangan tali sebagai gaya sentripetal.

3. Gerak mobil yang berbelok di tikungan, dengan gaya gesek antara ban dan jalan sebagai gaya sentripetal.

4. Gerak elektron yang mengelilingi inti atom, dengan gaya elektromagnetik sebagai gaya sentripetal.

5. Gerak pemisah krim, yang memisahkan krim dari susu dengan memutar wadah secara cepat, dengan gaya sentripetal yang lebih besar pada krim daripada pada susu.

Contoh soal rumus gaya sentripetal dan pembahasannya.

foto: freepik.com

Contoh soal 1.

Sebuah mobil melaju dengan kecepatan 20m/s mengelilingi lintasan melingkar dengan jari-jari 30m. Hitunglah gaya sentripetal yang diberikan jalan terhadap mobil.

Jawaban:

Rumus percepatan sentripetal dapat dinyatakan sebagai a_sentripetal = v²/r, di mana v adalah kecepatan dan r adalah jari-jari lintasan.

a_sentripetal = (20m/s)²/30 m/s
a_sentripetal = 400/30 m/s²
a_sentripetal ≈ 13.33 m/s²

Selanjutnya, gaya sentripetal (F_sentripetal) bisa menggunakan rumus gaya sentripetal sebagai berikut: F_sentripetal = m.a_sentripetal, di mana m adalah massa mobil.

Contoh soal 2.

Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak melingkar dengan jari-jari 1 m dan kecepatan 4 m/s. Berapa gaya sentripetal yang bekerja pada benda tersebut?

Jawaban:

Gaya sentripetal yang bekerja pada benda tersebut dapat dihitung dengan rumus gaya sentripetal:

F = m.v²/r

Substitusikan nilai-nilai yang diketahui, maka:

F = 2.4²/1

F = 32 N

Jadi, gaya sentripetal yang bekerja pada benda tersebut adalah 32 N.

Contoh soal 3.

Sebuah mobil bermassa 1000 kg bergerak melingkar dengan jari-jari 20 m dan gaya sentripetal 500 N. Berapa kecepatan mobil tersebut?

Jawaban:

Kecepatan mobil tersebut dapat dihitung dengan rumus gaya sentripetal:

F = m.v²/r

Ubah rumus tersebut menjadi:

v = √F.r/m

Substitusikan nilai-nilai yang diketahui, maka:

v = √500 × 20 / 1000
v = 10
v ≈ 3,16 m/s

Jadi, kecepatan mobil tersebut adalah sekitar 3,16 m/s.

Contoh soal 4.

Sebuah pesawat bermassa 5000 kg bergerak melingkar dengan kecepatan 200 m/s dan gaya sentripetal 2 x 10^6 N. Berapa jari-jari lintasan lingkaran yang ditempuh pesawat tersebut?

Jawaban:

Jari-jari lintasan lingkaran yang ditempuh pesawat tersebut dapat dihitung dengan rumus gaya sentripetal:

F = m.v²/r

Ubah rumus tersebut menjadi:

r = m.v²/F

Substitusikan nilai-nilai yang diketahui, maka:

r = 5000. 200²/ 2 × 10^6
r = 100 m

Jadi, jari-jari lintasan lingkaran yang ditempuh pesawat tersebut adalah 100 m.