Setiap benda yang bergerak dalam lingkaran mengalami percepatan, meskipun kecepatannya tetap. Ini mungkin tampak berlawanan dengan intuisi karena bagaimana Anda bisa berakselerasi tanpa mengubah kecepatan? Faktanya, karena percepatan adalah laju perubahan kecepatan, dan kecepatan mencakup kecepatan dan arah gerak, tidak mungkin ada gerak melingkar tanpa percepatan. Menurut hukum kedua Newton, setiap percepatan (Sebuah) dihubungkan dengan gaya (F) olehF = ibu, dan dalam kasus gerak melingkar, gaya yang dimaksud disebut gaya sentripetal. Menyelesaikan ini adalah proses yang sederhana, tetapi Anda mungkin harus memikirkan situasinya dengan cara yang berbeda tergantung pada informasi yang Anda miliki.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Cari gaya sentripetal menggunakan rumus:
F = mv2 / r
Sini,Freferensi kekuatan,sayaadalah massa benda,vadalah kecepatan tangensial benda, danradalah jari-jari lingkaran yang dilaluinya. Jika Anda mengetahui sumber gaya sentripetal (gravitasi, misalnya), Anda dapat menemukan gaya sentripetal menggunakan persamaan untuk gaya tersebut.
Apa itu Gaya Sentripetal?
Gaya sentripetal bukanlah gaya yang sama seperti gaya gravitasi atau gaya gesekan. Gaya sentripetal ada karena percepatan sentripetal ada, tetapi penyebab fisik gaya ini dapat bervariasi tergantung pada situasi tertentu.
Perhatikan gerakan bumi mengelilingi matahari. Meskipun kecepatan orbitnya konstan, ia berubah arah secara terus menerus dan karenanya memiliki percepatan yang diarahkan ke matahari. Percepatan ini pasti disebabkan oleh gaya, menurut hukum gerak pertama dan kedua Newton. Dalam kasus orbit Bumi, gaya yang menyebabkan percepatan adalah gravitasi.
Namun, jika Anda mengayunkan bola pada tali dalam lingkaran dengan kecepatan konstan, gaya yang menyebabkan percepatan berbeda. Dalam hal ini, gaya berasal dari tegangan tali. Contoh lain adalah mobil yang mempertahankan kecepatan konstan tetapi berputar dalam lingkaran. Dalam hal ini, gesekan antara roda mobil dan jalan adalah sumber gaya.
Dengan kata lain, gaya sentripetal ada, tetapi penyebab fisiknya tergantung pada situasi.
Rumus untuk Gaya Sentripetal dan Percepatan Sentripetal
Percepatan sentripetal adalah sebutan untuk percepatan yang langsung menuju pusat lingkaran dalam gerak melingkar. Ini ditentukan oleh:
a=\frac{v^2}{r}
Dimanavadalah kecepatan benda pada garis singgung lingkaran, danradalah jari-jari lingkaran yang dilaluinya. Pikirkan tentang apa yang akan terjadi jika Anda mengayunkan bola yang terhubung ke tali dalam lingkaran, tetapi talinya putus. Bola akan terbang dalam garis lurus dari posisinya di lingkaran pada saat tali putus, dan ini memberi Anda gambaran apavberarti dalam persamaan di atas.
Karena hukum kedua Newton menyatakan bahwa gaya = massa × percepatan, dan kita memiliki persamaan untuk percepatan di atas, gaya sentripetal harus:
F=\frac{mv^2}{r}
Dalam persamaan ini,sayamengacu pada massa.
Jadi, untuk menemukan gaya sentripetal, Anda perlu mengetahui massa benda, jari-jari lingkaran yang dilaluinya, dan kecepatan tangensialnya. Gunakan persamaan di atas untuk menemukan gaya berdasarkan faktor-faktor ini. Kuadratkan kecepatan, kalikan dengan massa, lalu bagi hasilnya dengan jari-jari lingkaran.
Tips
-
Kecepatan sudut:Anda juga dapat menggunakan kecepatan sudutω objek jika Anda mengetahuinya; itu adalah laju perubahan posisi sudut objek terhadap waktu. Ini mengubah persamaan percepatan sentripetal menjadi:
Sebuah = ω2r
Persamaan gaya sentripetal menjadi:
F = saya2r
Menemukan Gaya Sentripetal Dengan Informasi yang Tidak Lengkap
Jika Anda tidak memiliki semua informasi yang Anda butuhkan untuk persamaan di atas, mungkin sepertinya tidak mungkin menemukan gaya sentripetal. Namun, jika Anda memikirkan situasinya, Anda sering dapat mengetahui kekuatan apa yang mungkin terjadi.
Misalnya, jika Anda mencoba mencari gaya sentripetal yang bekerja pada planet yang mengorbit bintang atau bulan yang mengorbit planet, Anda tahu bahwa gaya sentripetal berasal dari gravitasi. Ini berarti Anda dapat menemukan gaya sentripetal tanpa kecepatan tangensial dengan menggunakan persamaan biasa untuk gaya gravitasi:
F=\frac{Gm_1m_2}{r^2}
Dimanasaya1 dansaya2 adalah massa,Gadalah konstanta gravitasi, danradalah pemisahan antara dua massa.
Untuk menghitung gaya sentripetal tanpa jari-jari, Anda memerlukan lebih banyak informasi (keliling lingkaran yang terkait dengan jari-jari sebesarC = 2πr,misalnya) atau nilai percepatan sentripetal. Jika Anda mengetahui percepatan sentripetal, Anda dapat menghitung gaya sentripetal secara langsung menggunakan hukum kedua Newton,F = ibu.