Pengantar Soal Gerak Melingkar
Selamat datang di kumpulan soal fisika gerak melingkar! Gerak melingkar adalah salah satu topik fundamental dalam fisika yang mempelajari pergerakan benda pada lintasan berbentuk lingkaran. Konsep-konsep seperti kecepatan sudut, percepatan sentripetal, gaya sentripetal, periode, dan frekuensi adalah inti dari bab ini. Untuk membantu Anda menguasai materi ini, kami telah menyusun berbagai jenis soal, mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan. Dengan berlatih soal-soal ini, diharapkan pemahaman Anda tentang gerak melingkar akan semakin mendalam dan siap menghadapi berbagai ujian.
I. Pilihan Ganda
- Sebuah benda bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari 4 m. Jika kecepatan sudutnya 2 rad/s, maka kecepatan linear benda tersebut adalah…
A. 0,5 m/s
B. 2 m/s
C. 4 m/s
D. 8 m/s
E. 16 m/s - Satuan internasional untuk frekuensi adalah…
A. rad/s
B. Hz
C. s
D. m/s
E. N - Periode gerak melingkar adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan…
A. Satu putaran penuh
B. Setengah putaran
C. Dua putaran penuh
D. Perubahan posisi sudut
E. Perubahan kecepatan linear - Sebuah roda berputar 120 putaran dalam 1 menit. Frekuensi putaran roda tersebut adalah…
A. 0,5 Hz
B. 1 Hz
C. 2 Hz
D. 4 Hz
E. 60 Hz - Jika frekuensi sebuah benda yang bergerak melingkar adalah 5 Hz, maka periodenya adalah…
A. 0,1 s
B. 0,2 s
C. 0,5 s
D. 2 s
E. 5 s - Percepatan yang selalu mengarah ke pusat lingkaran pada gerak melingkar disebut percepatan…
A. Tangensial
B. Linear
C. Sudut
D. Sentripetal
E. Gravitasi - Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak melingkar dengan jari-jari 1 m dan kecepatan linear 4 m/s. Gaya sentripetal yang bekerja pada benda tersebut adalah…
A. 2 N
B. 8 N
C. 16 N
D. 32 N
E. 64 N - Pernyataan yang benar tentang gerak melingkar beraturan adalah…
A. Kecepatan linear dan kecepatan sudutnya berubah
B. Kecepatan linear tetap, kecepatan sudut berubah
C. Kecepatan linear berubah, kecepatan sudut tetap
D. Kecepatan linear dan kecepatan sudutnya tetap
E. Percepatan sentripetal nol - Hubungan antara kecepatan linear (v) dan kecepatan sudut (ω) pada gerak melingkar dengan jari-jari (r) adalah…
A. v = ω/r
B. v = r/ω
C. v = ω ⋅ r
D. v = ω² ⋅ r
E. v = r² ⋅ ω - Jika sebuah titik berada 20 cm dari pusat putaran dan memiliki kecepatan sudut 5 rad/s, maka kecepatan linearnya adalah…
A. 1 m/s
B. 2 m/s
C. 5 m/s
D. 10 m/s
E. 20 m/s - Percepatan sentripetal sebuah benda yang bergerak melingkar dengan kecepatan linear v dan jari-jari r adalah…
A. a = v/r
B. a = r/v
C. a = v²/r
D. a = r²/v
E. a = v ⋅ r - Sebuah satelit mengorbit Bumi pada ketinggian tertentu. Gaya yang menyebabkan satelit tetap pada orbitnya adalah gaya…
A. Normal
B. Gesek
C. Sentripetal
D. Tangensial
E. Tegangan tali - Pada gerak melingkar, arah vektor kecepatan linear selalu…
A. Menuju pusat lingkaran
B. Menjauhi pusat lingkaran
C. Searah dengan jari-jari
D. Tegak lurus dengan jari-jari
E. Berlawanan arah dengan gerak - Jika sebuah benda mengalami gerak melingkar dipercepat, maka terdapat percepatan…
A. Sentripetal saja
B. Tangensial saja
C. Sentripetal dan tangensial
D. Hanya percepatan sudut
E. Hanya kecepatan sudut - Sebuah piringan hitam berputar dengan kecepatan sudut awal 0 rad/s dan dipercepat secara konstan hingga mencapai 2π rad/s dalam 4 detik. Percepatan sudut piringan adalah…
A. π/4 rad/s²
B. π/2 rad/s²
C. π rad/s²
D. 2π rad/s²
E. 4π rad/s² - Sebuah benda bergerak melingkar dengan periode 0,5 s. Frekuensi putaran benda tersebut adalah…
A. 0,5 Hz
B. 1 Hz
C. 2 Hz
D. 4 Hz
E. 5 Hz - Manakah dari besaran berikut yang tidak berubah pada gerak melingkar beraturan?
A. Kecepatan linear
B. Posisi sudut
C. Arah kecepatan linear
D. Percepatan sentripetal
E. Besar kecepatan linear - Gaya sentripetal adalah gaya yang…
A. Selalu searah dengan kecepatan linear
B. Selalu berlawanan arah dengan kecepatan linear
C. Selalu tegak lurus terhadap kecepatan linear dan menuju pusat
D. Selalu tegak lurus terhadap kecepatan linear dan menjauhi pusat
E. Tidak memiliki arah tertentu - Sebuah roda sepeda memiliki jari-jari 30 cm. Jika roda berputar dengan kecepatan sudut 10 rad/s, berapa jarak yang ditempuh oleh sebuah titik di tepi roda dalam 2 detik?
A. 3 m
B. 6 m
C. 10 m
D. 20 m
E. 30 m - Sebuah mesin cuci berputar dengan kecepatan 1200 rpm (rotasi per menit). Kecepatan sudutnya dalam rad/s adalah…
A. 20π rad/s
B. 40π rad/s
C. 60π rad/s
D. 120π rad/s
E. 240π rad/s
II. Isian Singkat
- Benda yang bergerak pada lintasan melingkar dengan besar kecepatan linear tetap disebut gerak melingkar…
- Rumus untuk menghitung frekuensi (f) jika diketahui periode (T) adalah f = …
- Percepatan sentripetal sebanding dengan kuadrat kecepatan linear dan berbanding terbalik dengan…
- Jika sebuah roda berputar dengan kecepatan sudut konstan, maka percepatan sudutnya adalah…
- Gaya sentripetal selalu tegak lurus dengan vektor…
III. Uraian
- Jelaskan perbedaan antara gerak melingkar beraturan dan gerak melingkar berubah beraturan! Berikan contoh masing-masing.
- Sebutkan dan jelaskan tiga besaran pokok dalam gerak melingkar beserta satuannya!
- Sebuah benda bermassa 0,5 kg bergerak melingkar dengan jari-jari 1,5 m. Jika benda tersebut melakukan 10 putaran dalam 5 detik, hitunglah: (a) frekuensi, (b) periode, (c) kecepatan sudut, (d) kecepatan linear, dan (e) gaya sentripetalnya!
- Mengapa percepatan sentripetal selalu ada pada gerak melingkar, meskipun kecepatan linear benda konstan?
- Jelaskan konsep gaya sentripetal dan berikan dua contoh aplikasi gaya sentripetal dalam kehidupan sehari-hari!
IV. Menjodohkan
Jodohkanlah besaran fisika di kolom kiri dengan definisi atau rumus yang tepat di kolom kanan!
- Besaran Fisika:
A. Periode
B. Frekuensi
C. Kecepatan Sudut
D. Percepatan Sentripetal
E. Gaya SentripetalDefinisi/Rumus:
1. Jumlah putaran per satuan waktu
2. Waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran penuh
3. Perubahan posisi sudut per satuan waktu
4. Gaya yang menyebabkan benda bergerak melingkar
5. Percepatan yang arahnya selalu menuju pusat lingkaranPasangkanlah A-E dengan 1-5!
- Besaran Fisika:
A. Kecepatan Linear (v)
B. Kecepatan Sudut (ω)
C. Percepatan Sentripetal (a_s)
D. Gaya Sentripetal (F_s)
E. Hubungan Periode dan FrekuensiRumus:
1. m ⋅ a_s
2. 2π ⋅ f
3. v²/r
4. 1/T
5. ω ⋅ rPasangkanlah A-E dengan 1-5!
Kunci Jawaban
I. Pilihan Ganda
- D. 8 m/s
Pembahasan: Kecepatan linear (v) dihitung dengan rumus v = ω ⋅ r. Jadi, v = 2 rad/s ⋅ 4 m = 8 m/s. - B. Hz
Pembahasan: Satuan internasional untuk frekuensi adalah Hertz (Hz). - A. Satu putaran penuh
Pembahasan: Periode adalah waktu yang dibutuhkan benda untuk menyelesaikan satu siklus atau satu putaran penuh. - C. 2 Hz
Pembahasan: Frekuensi (f) = Jumlah putaran / Waktu. f = 120 putaran / 60 s = 2 Hz. - B. 0,2 s
Pembahasan: Periode (T) adalah kebalikan dari frekuensi (f). T = 1/f = 1/5 Hz = 0,2 s. - D. Sentripetal
Pembahasan: Percepatan sentripetal adalah percepatan yang selalu mengarah ke pusat lingkaran dan berfungsi mengubah arah kecepatan linear. - D. 32 N
Pembahasan: Gaya sentripetal (F_s) = m ⋅ v²/r. F_s = 2 kg ⋅ (4 m/s)² / 1 m = 2 kg ⋅ 16 m²/s² / 1 m = 32 N. - D. Kecepatan linear dan kecepatan sudutnya tetap
Pembahasan: Pada gerak melingkar beraturan, besar kecepatan linear dan kecepatan sudut adalah konstan, meskipun arah kecepatan linear selalu berubah. - C. v = ω ⋅ r
Pembahasan: Rumus yang menghubungkan kecepatan linear, kecepatan sudut, dan jari-jari adalah v = ω ⋅ r. - A. 1 m/s
Pembahasan: Jari-jari r = 20 cm = 0,2 m. Kecepatan linear v = ω ⋅ r = 5 rad/s ⋅ 0,2 m = 1 m/s. - C. a = v²/r
Pembahasan: Rumus percepatan sentripetal adalah a_s = v²/r atau a_s = ω² ⋅ r. - C. Sentripetal
Pembahasan: Gaya sentripetal adalah gaya yang menyebabkan benda bergerak melingkar, dalam kasus satelit adalah gaya gravitasi. - D. Tegak lurus dengan jari-jari
Pembahasan: Arah vektor kecepatan linear selalu menyinggung lintasan lingkaran, sehingga tegak lurus dengan jari-jari. - C. Sentripetal dan tangensial
Pembahasan: Gerak melingkar dipercepat memiliki percepatan sentripetal (karena bergerak melingkar) dan percepatan tangensial (karena kecepatannya berubah). - B. π/2 rad/s²
Pembahasan: Percepatan sudut (α) = Δω / Δt = (2π – 0) rad/s / 4 s = 2π/4 rad/s² = π/2 rad/s². - C. 2 Hz
Pembahasan: Frekuensi (f) = 1/T = 1/0,5 s = 2 Hz. - E. Besar kecepatan linear
Pembahasan: Pada gerak melingkar beraturan, arah kecepatan linear berubah, tetapi besar kecepatan linear (kelajuan) tetap. Posisi sudut terus berubah. Percepatan sentripetal ada dan besarnya konstan. - C. Selalu tegak lurus terhadap kecepatan linear dan menuju pusat
Pembahasan: Gaya sentripetal selalu mengarah ke pusat lingkaran dan tegak lurus terhadap vektor kecepatan linear. - B. 6 m
Pembahasan: Jari-jari r = 30 cm = 0,3 m. Kecepatan linear v = ω ⋅ r = 10 rad/s ⋅ 0,3 m = 3 m/s. Jarak tempuh (s) = v ⋅ t = 3 m/s ⋅ 2 s = 6 m. - B. 40π rad/s
Pembahasan: 1200 rpm = 1200 rotasi/menit = 1200 rotasi/60 detik = 20 rotasi/detik (Hz). Kecepatan sudut ω = 2π ⋅ f = 2π ⋅ 20 Hz = 40π rad/s.
II. Isian Singkat
- Beraturan
- 1/T
- Jari-jari lingkaran
- Nol
- Kecepatan linear
III. Uraian
- Perbedaan Gerak Melingkar Beraturan (GMB) dan Gerak Melingkar Berubah Beraturan (GMBB):
Pada GMB, besar kecepatan linear (kelajuan) dan kecepatan sudut benda adalah konstan, sehingga percepatan sudutnya nol. Namun, arah kecepatan linear selalu berubah, menyebabkan adanya percepatan sentripetal yang besarnya konstan. Contoh: Gerak jarum jam.
Pada GMBB, besar kecepatan linear dan/atau kecepatan sudut benda berubah secara beraturan (ada percepatan sudut konstan). Selain percepatan sentripetal, juga ada percepatan tangensial yang mengubah besar kecepatan linear. Contoh: Roda yang mulai berputar atau mengerem. - Tiga Besaran Pokok dalam Gerak Melingkar:
a. Posisi Sudut (θ): Menyatakan posisi benda pada lintasan melingkar dari titik acuan, diukur dalam radian (rad).
b. Kecepatan Sudut (ω): Menyatakan laju perubahan posisi sudut per satuan waktu. Satuannya radian per detik (rad/s).
c. Percepatan Sudut (α): Menyatakan laju perubahan kecepatan sudut per satuan waktu. Satuannya radian per detik kuadrat (rad/s²). - Perhitungan Gerak Melingkar:
Diketahui: m = 0,5 kg, r = 1,5 m, Jumlah putaran = 10, Waktu (t) = 5 s.
a. Frekuensi (f) = Jumlah putaran / t = 10 / 5 s = 2 Hz.
b. Periode (T) = 1/f = 1/2 Hz = 0,5 s.
c. Kecepatan Sudut (ω) = 2πf = 2π ⋅ 2 Hz = 4π rad/s.
d. Kecepatan Linear (v) = ω ⋅ r = 4π rad/s ⋅ 1,5 m = 6π m/s.
e. Gaya Sentripetal (F_s) = m ⋅ v²/r = 0,5 kg ⋅ (6π m/s)² / 1,5 m = 0,5 ⋅ 36π² / 1,5 = 12π² N. - Percepatan sentripetal selalu ada pada gerak melingkar karena meskipun besar kecepatan linear (kelajuan) benda konstan, arah vektor kecepatan linear selalu berubah setiap saat. Perubahan arah kecepatan inilah yang menyebabkan adanya percepatan. Karena perubahan arah ini selalu menuju pusat lingkaran, maka disebut percepatan sentripetal. Tanpa percepatan sentripetal, benda akan bergerak lurus menyinggung lintasan.
- Konsep Gaya Sentripetal dan Aplikasinya:
Gaya sentripetal adalah gaya yang selalu bekerja tegak lurus terhadap arah kecepatan linear benda dan selalu mengarah ke pusat lintasan melingkar. Gaya ini berfungsi untuk mempertahankan benda tetap bergerak pada lintasan melingkar. Tanpa gaya sentripetal, benda akan bergerak lurus sesuai hukum I Newton.
Contoh Aplikasi:
1. Gerak mobil di tikungan: Gaya gesek antara ban mobil dan jalan berfungsi sebagai gaya sentripetal yang menjaga mobil tetap berbelok dan tidak tergelincir keluar jalur.
2. Ayunan tali dengan batu: Tegangan tali berfungsi sebagai gaya sentripetal yang menahan batu tetap bergerak melingkar dan tidak terbang lurus.
IV. Menjodohkan
- Pasangan yang tepat adalah:
A – 2 (Periode: Waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran penuh)
B – 1 (Frekuensi: Jumlah putaran per satuan waktu)
C – 3 (Kecepatan Sudut: Perubahan posisi sudut per satuan waktu)
D – 5 (Percepatan Sentripetal: Percepatan yang arahnya selalu menuju pusat lingkaran)
E – 4 (Gaya Sentripetal: Gaya yang menyebabkan benda bergerak melingkar) - Pasangan yang tepat adalah:
A – 5 (Kecepatan Linear (v): ω ⋅ r)
B – 2 (Kecepatan Sudut (ω): 2π ⋅ f)
C – 3 (Percepatan Sentripetal (a_s): v²/r)
D – 1 (Gaya Sentripetal (F_s): m ⋅ a_s)
E – 4 (Hubungan Periode dan Frekuensi: 1/T)