Pelajari dan kuasai materi gerak melingkar dalam fisika dengan kumpulan latihan soal komprehensif ini. Gerak melingkar adalah salah satu konsep fundamental dalam mekanika yang menjelaskan pergerakan benda pada lintasan berbentuk lingkaran. Materi ini mencakup berbagai aspek seperti frekuensi, periode, kecepatan sudut, kecepatan linear, percepatan sentripetal, hingga gaya sentripetal. Pemahaman yang kuat tentang gerak melingkar sangat penting untuk berbagai aplikasi fisika dan teknik. Dalam artikel ini, Anda akan menemukan beragam jenis soal mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan, yang dirancang untuk menguji pemahaman konsep dan kemampuan perhitungan Anda. Setiap soal pilihan ganda dilengkapi dengan kunci jawaban dan pembahasan singkat untuk membantu Anda memahami langkah-langkah penyelesaiannya. Tingkatkan kemampuan Anda dalam menganalisis fenomena gerak melingkar dan persiapkan diri Anda untuk ujian dengan bank soal terlengkap ini!
Contoh Soal soal fisika materi gerak melingkar
A. Pilihan Ganda
1. Sebuah roda berputar dengan 120 putaran dalam 1 menit. Frekuensi putaran roda tersebut adalah…
- A. 1 Hz
- B. 2 Hz
- C. 0,5 Hz
- D. 4 Hz
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Frekuensi (f) adalah jumlah putaran per satuan waktu. f = jumlah putaran / waktu = 120 putaran / 60 detik = 2 Hz.
2. Periode gerak melingkar suatu benda adalah 0,25 detik. Kecepatan sudut benda tersebut adalah…
- A. π rad/s
- B. 2π rad/s
- C. 8π rad/s
- D. 4π rad/s
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Kecepatan sudut (ω) = 2π/T. Karena T = 0,25 s, maka ω = 2π/0,25 = 8π rad/s.
3. Sebuah partikel bergerak melingkar dengan jari-jari 0,5 m. Jika kecepatan linearnya 2 m/s, maka kecepatan sudutnya adalah…
- A. 4 rad/s
- B. 1 rad/s
- C. 2 rad/s
- D. 0,25 rad/s
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Kecepatan sudut (ω) = v/R. ω = 2 m/s / 0,5 m = 4 rad/s.
4. Percepatan sentripetal suatu benda yang bergerak melingkar beraturan dengan kecepatan linear v dan jari-jari R adalah…
- A. vR
- B. v²/R
- C. vR²
- D. v/R
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Rumus percepatan sentripetal adalah as = v²/R atau as = ω²R.
5. Gaya yang menyebabkan benda bergerak melingkar dan selalu mengarah ke pusat lingkaran disebut gaya…
- A. Gaya gravitasi
- B. Gaya normal
- C. Gaya gesek
- D. Gaya sentripetal
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Gaya sentripetal adalah gaya yang selalu mengarah ke pusat lingkaran dan menyebabkan benda bergerak melingkar.
6. Sebuah mobil bergerak di tikungan dengan jari-jari 25 m. Jika kecepatan mobil 10 m/s, percepatan sentripetal yang dialami mobil adalah…
- A. 4 m/s²
- B. 2,5 m/s²
- C. 0,4 m/s²
- D. 10 m/s²
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Percepatan sentripetal (as) = v²/R = (10 m/s)² / 25 m = 100 / 25 = 4 m/s².
7. Jika sebuah benda bermassa 2 kg bergerak melingkar dengan jari-jari 1 m dan kecepatan linear 5 m/s, besar gaya sentripetal yang bekerja pada benda adalah…
- A. 10 N
- B. 25 N
- C. 50 N
- D. 100 N
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Gaya sentripetal (Fs) = mv²/R = 2 kg × (5 m/s)² / 1 m = 2 × 25 / 1 = 50 N.
8. Apa perbedaan utama antara Gerak Melingkar Beraturan (GMB) dan Gerak Melingkar Berubah Beraturan (GMBB)?
- A. GMB memiliki percepatan sentripetal, GMBB tidak.
- B. GMB memiliki kecepatan sudut konstan, GMBB memiliki percepatan sudut konstan.
- C. GMB tidak memiliki percepatan, GMBB memiliki percepatan.
- D. GMB terjadi di bidang datar, GMBB di bidang vertikal.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Pada GMB, kecepatan sudut dan kecepatan linear konstan, sehingga tidak ada percepatan tangensial. Pada GMBB, kecepatan sudut dan linear berubah secara beraturan, sehingga ada percepatan tangensial selain percepatan sentripetal.
9. Satuan dari frekuensi dalam Sistem Internasional (SI) adalah…
- A. Hertz (Hz)
- B. Radian per detik (rad/s)
- C. Meter per detik (m/s)
- D. Newton (N)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Satuan SI untuk frekuensi adalah Hertz (Hz) yang sama dengan putaran per detik atau s⁻¹.
10. Sebuah benda melakukan 10 putaran dalam 5 detik. Periode gerak benda tersebut adalah…
- A. 10 s
- B. 5 s
- C. 2 s
- D. 0,5 s
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Periode (T) adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran. T = waktu / jumlah putaran = 5 detik / 10 putaran = 0,5 detik.
11. Jika kecepatan sudut suatu benda 20 rad/s dan jari-jari lintasan 0,5 m, maka kecepatan linearnya adalah…
- A. 5 m/s
- B. 10 m/s
- C. 20 m/s
- D. 40 m/s
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Kecepatan linear (v) = ωR = 20 rad/s × 0,5 m = 10 m/s.
12. Dalam gerak melingkar, arah percepatan sentripetal selalu…
- A. Menuju pusat lingkaran
- B. Menjauhi pusat lingkaran
- C. Searah dengan kecepatan linear
- D. Berlawanan arah dengan kecepatan linear
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Percepatan sentripetal selalu mengarah ke pusat lingkaran, tegak lurus terhadap vektor kecepatan linear.
13. Sebuah benda bermassa 0,5 kg diikat dengan tali sepanjang 1 m dan diputar secara horizontal dengan kecepatan sudut 4 rad/s. Tegangan tali (gaya sentripetal) adalah…
- A. 4 N
- B. 8 N
- C. 16 N
- D. 32 N
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Gaya sentripetal (Fs) = mω²R = 0,5 kg × (4 rad/s)² × 1 m = 0,5 × 16 × 1 = 8 N.
14. Jika frekuensi putaran benda diperbesar dua kali, maka periode putarannya akan menjadi…
- A. Dua kali semula
- B. Empat kali semula
- C. Setengah kali semula
- D. Seperempat kali semula
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Periode (T) berbanding terbalik dengan frekuensi (f), T = 1/f. Jika f menjadi 2f, maka T akan menjadi 1/(2f) = 1/2 T awal.
15. Sebuah roda A dengan jari-jari R dihubungkan dengan roda B dengan jari-jari 2R melalui tali (tidak selip). Jika roda A berputar dengan kecepatan sudut ω, maka kecepatan sudut roda B adalah…
- A. 2ω
- B. ω
- C. ω/4
- D. ω/2
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Jika dihubungkan tali, kecepatan linear di pinggir kedua roda sama: vA = vB. vA = ωA RA, vB = ωB RB. Jadi, ωA RA = ωB RB. ω × R = ωB × 2R. Maka ωB = ωR / (2R) = ω/2.
16. Sebuah benda bergerak melingkar beraturan. Pernyataan yang benar tentang gerak benda tersebut adalah…
- A. Kecepatan linear dan percepatan sentripetalnya konstan.
- B. Kecepatan sudut dan percepatan tangensialnya konstan.
- C. Kecepatan linear dan kecepatan sudutnya berubah.
- D. Kecepatan linear dan kecepatan sudutnya konstan, tetapi arah kecepatan linear berubah.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Pada GMB, besar kecepatan linear dan kecepatan sudut adalah konstan, tetapi arah kecepatan linear selalu berubah, sehingga ada percepatan sentripetal.
17. Jika percepatan sentripetal suatu benda bergerak melingkar diperbesar 4 kali, sedangkan jari-jari lintasannya tetap, maka kecepatan linearnya menjadi…
- A. 1/2 kali semula
- B. 2 kali semula
- C. 4 kali semula
- D. Tetap
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: as = v²/R. Jika as’ = 4as, maka 4as = (v’)²/R. Karena as = v²/R, maka 4(v²/R) = (v’)²/R. Jadi, (v’)² = 4v², sehingga v’ = 2v.
18. Sebuah satelit mengorbit Bumi pada ketinggian tertentu. Gaya yang bertindak sebagai gaya sentripetal bagi satelit tersebut adalah…
- A. Gaya gravitasi
- B. Gaya normal
- C. Gaya gesek
- D. Gaya dorong mesin satelit
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Gaya gravitasi antara satelit dan Bumi adalah yang menyediakan gaya sentripetal agar satelit tetap bergerak melingkar mengelilingi Bumi.
19. Sebuah roda berputar dengan kecepatan sudut awal 10 rad/s. Setelah 5 detik, kecepatan sudutnya menjadi 20 rad/s. Percepatan sudut roda tersebut adalah…
- A. 0,5 rad/s²
- B. 1 rad/s²
- C. 1,5 rad/s²
- D. 2 rad/s²
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Percepatan sudut (α) = (ωt – ω0) / t = (20 rad/s – 10 rad/s) / 5 s = 10 / 5 = 2 rad/s².
20. Pada gerak melingkar beraturan, besaran fisis yang arahnya selalu berubah adalah…
- A. Kecepatan linear
- B. Kecepatan sudut
- C. Jari-jari lintasan
- D. Periode
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Pada GMB, kecepatan linear memiliki besar yang konstan, namun arahnya selalu berubah (tangensial terhadap lingkaran). Kecepatan sudut dan percepatan sentripetal (arahnya ke pusat) memiliki arah yang konsisten relatif terhadap gerak.
B. Isian Singkat
1. Hubungan antara periode (T) dan frekuensi (f) adalah T = …
Jawaban: 1/f
2. Satuan dari kecepatan sudut dalam SI adalah …
Jawaban: radian per detik (rad/s)
3. Jika sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan linear v dan jari-jari R, maka percepatan sentripetalnya adalah …
Jawaban: v²/R
4. Gaya sentripetal selalu berbanding lurus dengan kuadrat … benda.
Jawaban: kecepatan linear
5. Sebuah kipas angin berputar 300 putaran per menit. Kecepatan sudut kipas angin tersebut dalam rad/s adalah …
Jawaban: 10π rad/s
C. Menjodohkan
1. Jodohkan istilah-istilah di bawah ini dengan definisi yang tepat!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Periode | Waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran penuh. |
| Frekuensi | Banyaknya putaran per satuan waktu. |
| Kecepatan Sudut | Laju perubahan posisi sudut. |
| Kecepatan Linear | Laju perubahan posisi sepanjang lintasan melingkar. |
| Percepatan Sentripetal | Percepatan yang selalu mengarah ke pusat lingkaran. |
2. Jodohkan rumus dengan besaran fisika yang sesuai!
| Premis | Respon |
|---|---|
| v = ωR | Kecepatan Linear |
| as = v²/R | Percepatan Sentripetal |
| Fs = mv²/R | Gaya Sentripetal |
| T = 1/f | Hubungan Periode dan Frekuensi |
| ω = 2πf | Kecepatan Sudut dari Frekuensi |
D. Uraian
1. Jelaskan perbedaan mendasar antara Gerak Melingkar Beraturan (GMB) dan Gerak Melingkar Berubah Beraturan (GMBB)! Sebutkan contoh masing-masing dalam kehidupan sehari-hari.
Perbedaan mendasar antara GMB dan GMBB terletak pada kecepatan sudut dan percepatannya. Pada GMB, kecepatan sudut (ω) dan kecepatan linear (v) benda adalah konstan, sehingga tidak ada percepatan tangensial (α=0), namun tetap ada percepatan sentripetal (as) yang mengubah arah kecepatan. Contoh GMB adalah putaran jarum jam atau putaran roda sepeda yang melaju dengan kecepatan konstan di jalan lurus. Pada GMBB, kecepatan sudut (ω) dan kecepatan linear (v) benda berubah secara beraturan (semakin cepat atau semakin lambat), sehingga ada percepatan sudut (α) yang konstan dan percepatan tangensial (at). Selain itu, GMBB juga memiliki percepatan sentripetal. Contoh GMBB adalah putaran roda komedi putar saat mulai berputar atau saat mengerem, atau putaran roda mobil yang sedang berakselerasi di tikungan.
2. Sebuah batu diikat pada seutas tali sepanjang 1,5 meter dan diputar secara horizontal. Jika tali dapat menahan tegangan maksimum 60 N dan massa batu adalah 0,8 kg, hitunglah kecepatan linear maksimum batu agar tali tidak putus!
Diketahui: R = 1,5 m, Fs_maks = 60 N, m = 0,8 kg. Gaya sentripetal (Fs) = mv²/R. Agar tali tidak putus, Fs tidak boleh melebihi Fs_maks. Jadi, Fs_maks = mv²_maks/R. 60 N = (0,8 kg × v²_maks) / 1,5 m. 60 × 1,5 = 0,8 × v²_maks. 90 = 0,8 × v²_maks. v²_maks = 90 / 0,8 = 112,5. v_maks = √112,5 ≈ 10,61 m/s. Jadi, kecepatan linear maksimum batu adalah sekitar 10,61 m/s.
3. Sebuah mobil melewati tikungan miring dengan jari-jari kelengkungan 100 m. Sudut kemiringan jalan adalah 37° terhadap horizontal. Tentukan kecepatan mobil agar tidak terjadi selip tanpa bantuan gaya gesek. (Gunakan g = 10 m/s², tan 37° ≈ 0,75).
Diketahui: R = 100 m, θ = 37°, g = 10 m/s². Untuk tikungan miring tanpa gaya gesek, gaya sentripetal disediakan oleh komponen horizontal gaya normal. mv²/R = N sin θ dan mg = N cos θ. Membagi kedua persamaan: (mv²/R) / (mg) = (N sin θ) / (N cos θ). v²/(Rg) = tan θ. v² = Rg tan θ. v = √(Rg tan θ) = √(100 m × 10 m/s² × tan 37°) = √(1000 × 0,75) = √750 ≈ 27,39 m/s. Jadi, kecepatan mobil agar tidak selip tanpa bantuan gaya gesek adalah sekitar 27,39 m/s.
4. Sebuah cakram berputar dengan frekuensi 5 Hz. Tentukan: a) Periode putaran cakram, b) Kecepatan sudut cakram.
Diketahui: f = 5 Hz. a) Periode (T) = 1/f = 1/5 Hz = 0,2 detik. b) Kecepatan sudut (ω) = 2πf = 2π × 5 Hz = 10π rad/s. Jadi, periode putaran cakram adalah 0,2 detik dan kecepatan sudutnya adalah 10π rad/s.
5. Sebutkan dan jelaskan tiga besaran pokok dalam gerak melingkar beserta satuannya!
Tiga besaran pokok dalam gerak melingkar adalah:
1. **Periode (T):** Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu putaran penuh. Satuan SI-nya adalah sekon (s).
2. **Frekuensi (f):** Banyaknya putaran yang dilakukan benda per satuan waktu. Satuan SI-nya adalah Hertz (Hz) atau s⁻¹.
3. **Kecepatan Sudut (ω):** Laju perubahan posisi sudut benda terhadap waktu. Satuan SI-nya adalah radian per sekon (rad/s).