Dalam masalah yang melibatkan gerak melingkar, Anda sering menguraikan gaya menjadi gaya radial, F_r, yang menunjuk ke pusat gerak dan gaya tangensial, F_t, yang tegak lurus terhadap F_r dan tangensial terhadap lingkaran jalan. Dua contoh gaya ini adalah gaya yang diterapkan pada benda yang disematkan pada suatu titik dan gerakan di sekitar kurva ketika ada gesekan.
Gunakan fakta bahwa jika sebuah benda dijepit pada suatu titik dan Anda menerapkan gaya F pada jarak R dari pin pada sudut relatif terhadap garis ke pusat, maka F_r = R∙cos (θ) dan F_t = F sin (θ).
Bayangkan seorang mekanik mendorong ujung kunci inggris dengan gaya 20 Newton. Dari posisi di mana dia bekerja, dia harus menerapkan gaya pada sudut 120 derajat relatif terhadap kunci pas.
Gunakan fakta bahwa ketika Anda menerapkan gaya pada jarak R dari tempat sebuah benda dijepit, torsinya sama dengan = R∙F_t. Anda mungkin tahu dari pengalaman bahwa semakin jauh dari pin yang Anda tekan pada tuas atau kunci pas, semakin mudah untuk membuatnya berputar. Mendorong pada jarak yang lebih jauh dari pin berarti Anda menerapkan torsi yang lebih besar.
Gunakan fakta bahwa satu-satunya gaya yang diperlukan untuk menjaga benda dalam gerakan melingkar dengan kecepatan konstan adalah gaya sentripetal, F_c, yang mengarah ke pusat lingkaran. Tetapi jika kecepatan benda berubah, maka pasti juga ada gaya dalam arah gerak, yang bersinggungan dengan lintasan. Contohnya adalah gaya dari mesin mobil yang menyebabkan mobil melaju lebih cepat saat melewati tikungan atau gaya gesekan yang memperlambat mobil hingga berhenti.
Bayangkan seorang pengemudi melepaskan kakinya dari pedal gas dan membiarkan mobil seberat 2.500 kilogram meluncur berhenti mulai dari kecepatan awal 15 meter/detik sambil mengemudi di sekitar kurva melingkar dengan jari-jari 25 meter. Mobil meluncur sejauh 30 meter dan membutuhkan waktu 45 detik untuk berhenti.
Hitunglah percepatan mobil tersebut. Rumus yang menggabungkan posisi, x (t), pada waktu t sebagai fungsi dari posisi awal, x (0), kecepatan awal, v (0), dan percepatan, a, adalah x (t) – x ( 0) = v (0)∙t + 1/2∙a∙t^2. Masukkan x (t) – x (0) = 30 meter, v (0) = 15 meter per detik dan t = 45 detik dan selesaikan untuk percepatan tangensial: a_t = –0,637 meter per detik kuadrat.
Gunakan hukum kedua Newton F = m∙a untuk menemukan bahwa gesekan harus menerapkan gaya tangensial F_t = m∙a_t = 2.500×(–0.637)= –1,593 Newton.
Referensi
- Cahaya dan Materi: Bab 4. Konservasi Momentum Sudut
- Hiperfisika: Torsi
- Hyperphysics: Perhitungan Torsi
tentang Penulis
Ariel Balter mulai menulis, mengedit dan mengatur huruf, mengubah persneling untuk menjalankan tugas di perdagangan bangunan, kemudian kembali ke sekolah dan mendapatkan gelar PhD dalam fisika. Sejak saat itu, Balter telah menjadi ilmuwan dan guru profesional. Dia memiliki bidang keahlian yang luas termasuk memasak, berkebun organik, hidup hijau, perdagangan bangunan hijau, dan banyak bidang sains dan teknologi.