Artikel ini hadir sebagai solusi lengkap untuk Anda yang ingin mengasah kemampuan dalam menghadapi soal-soal GMB. Kami telah menyusun 32 soal latihan yang bervariasi, meliputi pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan mencocokkan, disertai dengan kunci jawaban serta penjelasan mendalam. Persiapkan diri Anda, tingkatkan pemahaman, dan raih nilai terbaik di ujian fisika Anda! Mari kita mulai petualangan menaklukkan GMB!
Kumpulan Contoh Soal Taklukkan Fisika GMB! 32 Soal Latihan Gerak Melingkar Beraturan Paling Lengkap!
Pilihan Ganda
1. 1. Sebuah partikel bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari 20 cm. Jika frekuensi geraknya 5 Hz, maka kecepatan sudut partikel tersebut adalah…
A. 5π rad/s
B. 10π rad/s
C. 20π rad/s
D. 40π rad/s
2. 2. Benda melakukan GMB dengan periode 0,5 sekon. Kecepatan linear benda jika jari-jari lintasannya 10 cm adalah…
A. 0,2π m/s
B. 0,4π m/s
C. 0,8π m/s
D. 1,0π m/s
3. 3. Pernyataan yang benar tentang Gerak Melingkar Beraturan adalah…
A. Kecepatan linear dan kecepatan sudutnya konstan.
B. Arah kecepatan linear berubah, tetapi besar kecepatannya konstan.
C. Percepatan sentripetalnya nol.
D. Gaya sentripetal berarah tangensial.
4. 4. Sebuah roda berputar 120 putaran dalam 1 menit. Frekuensi putaran roda tersebut adalah…
A. 1 Hz
B. 2 Hz
C. 4 Hz
D. 6 Hz
5. 5. Sebuah benda yang melakukan GMB memiliki percepatan sentripetal. Arah percepatan sentripetal selalu…
A. Searah dengan kecepatan linear.
B. Berlawanan arah dengan kecepatan linear.
C. Menuju pusat lingkaran.
D. Menjauhi pusat lingkaran.
6. 6. Jika sebuah benda bergerak melingkar dengan jari-jari R dan kecepatan linear v, maka percepatan sentripetalnya adalah…
A. vR
B. v²/R
C. R/v²
D. vR²
7. 7. Sebuah titik pada tepi roda yang berputar memiliki kecepatan linear 4 m/s. Jika jari-jari roda 0,5 m, maka kecepatan sudut roda tersebut adalah…
A. 2 rad/s
B. 4 rad/s
C. 8 rad/s
D. 16 rad/s
8. 8. Perbandingan kecepatan sudut jarum detik, menit, dan jam pada sebuah jam dinding adalah…
A. 1 : 60 : 3600
B. 3600 : 60 : 1
C. 720 : 12 : 1
D. 12 : 1 : 720
9. 9. Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari 1 m. Jika kecepatan linear benda 3 m/s, maka gaya sentripetal yang bekerja pada benda adalah…
A. 6 N
B. 9 N
C. 18 N
D. 36 N
10. 10. Manakah dari besaran berikut yang selalu konstan dalam Gerak Melingkar Beraturan?
A. Kecepatan linear
B. Percepatan sentripetal
C. Kecepatan sudut
D. Posisi sudut
11. 11. Sebuah benda bergerak melingkar dengan periode 4 s. Jika jari-jari lintasannya 2 m, maka kecepatan sudut benda adalah…
A. π/4 rad/s
B. π/2 rad/s
C. π rad/s
D. 2π rad/s
12. 12. Sebuah kipas angin berputar dengan kecepatan 120 rpm (rotasi per menit). Frekuensi putaran kipas angin tersebut adalah…
A. 1 Hz
B. 2 Hz
C. 4 Hz
D. 6 Hz
13. 13. Jika kecepatan linear sebuah benda yang bergerak melingkar beraturan diperbesar 2 kali, sedangkan jari-jari lintasannya tetap, maka percepatan sentripetalnya akan menjadi…
A. 2 kali semula
B. 4 kali semula
C. 1/2 kali semula
D. 1/4 kali semula
14. 14. Dua roda A dan B dihubungkan dengan tali. Jika jari-jari roda A adalah 2 kali jari-jari roda B, maka perbandingan kecepatan linear titik di tepi roda A dan B adalah…
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 4 : 1
15. 15. Sebuah batu diikat dengan tali sepanjang 50 cm lalu diputar horizontal sehingga melakukan GMB. Jika batu melakukan 10 putaran dalam 5 detik, percepatan sentripetal batu adalah…
A. 4π² m/s²
B. 8π² m/s²
C. 16π² m/s²
D. 32π² m/s²
16. 16. Sebuah satelit mengorbit Bumi dengan laju konstan. Gerak satelit ini dapat dianggap sebagai…
A. Gerak Lurus Beraturan
B. Gerak Lurus Berubah Beraturan
C. Gerak Melingkar Beraturan
D. Gerak Parabola
17. 17. Sebuah roda berjari-jari 40 cm berputar dengan kecepatan sudut 5 rad/s. Kecepatan linear sebuah titik di tepi roda adalah…
A. 1 m/s
B. 2 m/s
C. 4 m/s
D. 5 m/s
18. 18. Periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu putaran penuh. Satuan SI untuk periode adalah…
A. Hertz (Hz)
B. Radian (rad)
C. Sekon (s)
D. Meter (m)
19. 19. Sebuah benda melakukan GMB dengan frekuensi 0,5 Hz. Waktu yang dibutuhkan benda untuk melakukan 10 putaran adalah…
A. 5 s
B. 10 s
C. 20 s
D. 40 s
20. 20. Gaya sentripetal selalu berarah…
A. Tangensial terhadap lintasan.
B. Menjauhi pusat lingkaran.
C. Menuju pusat lingkaran.
D. Berlawanan dengan arah gerak.
Isian Singkat
1. 1. Jika sebuah benda melakukan 30 putaran dalam 10 detik, maka frekuensinya adalah … Hz.
2. 2. Sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 2π rad/s. Periodenya adalah … sekon.
3. 3. Jari-jari roda sepeda adalah 30 cm. Jika kecepatan linear titik di tepi roda adalah 3 m/s, maka kecepatan sudutnya adalah … rad/s.
4. 4. Jika percepatan sentripetal sebuah benda yang bergerak melingkar adalah 9 m/s² dan jari-jari lintasannya 1 m, maka kecepatan linearnya adalah … m/s.
5. 5. Benda bermassa 0,5 kg bergerak melingkar dengan kecepatan 4 m/s dan jari-jari 2 m. Gaya sentripetal yang bekerja pada benda tersebut adalah … N.
Uraian
1. 1. Jelaskan perbedaan antara kecepatan linear dan kecepatan sudut dalam Gerak Melingkar Beraturan (GMB)! Mengapa kecepatan linear berubah meskipun kelajuan konstan?
2. 2. Sebuah roda mobil berputar dengan frekuensi 10 Hz. Jika jari-jari roda adalah 30 cm, hitunglah:
a. Kecepatan sudut roda.
b. Kecepatan linear titik di tepi roda.
c. Percepatan sentripetal titik di tepi roda.
3. 3. Dua buah roda A dan B sepusat dan berputar bersamaan. Jari-jari roda A adalah 20 cm dan jari-jari roda B adalah 10 cm. Jika kecepatan linear titik di tepi roda A adalah 4 m/s, tentukan kecepatan linear titik di tepi roda B.
4. 4. Sebuah benda bermassa 0,2 kg diikat dengan tali dan diputar secara horizontal dengan panjang tali 1 meter. Jika dalam 5 detik benda melakukan 2 putaran, hitunglah gaya sentripetal yang bekerja pada benda tersebut.
5. 5. Sebutkan dan jelaskan dua contoh aplikasi Gerak Melingkar Beraturan dalam kehidupan sehari-hari!
Mencocokkan
1. Cocokkan besaran fisika berikut dengan satuannya:
1. Frekuensi
2. Periode
3. Kecepatan Sudut
4. Kecepatan Linear
Pilihan Satuan:
a. m/s
b. Hz
c. rad/s
d. s
2. Cocokkan rumus berikut dengan besaran fisika yang diwakilinya:
1. 2πf
2. m × as
3. v²/R
4. 1/f
Pilihan Besaran:
a. Periode
b. Kecepatan Sudut
c. Percepatan Sentripetal
d. Gaya Sentripetal
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. B
Pembahasan: Diketahui r = 20 cm = 0,2 m, f = 5 Hz. Kecepatan sudut (ω) = 2πf = 2π(5) = 10π rad/s.
2. B
Pembahasan: Diketahui T = 0,5 s, r = 10 cm = 0,1 m. Kecepatan sudut (ω) = 2π/T = 2π/0,5 = 4π rad/s. Kecepatan linear (v) = ωr = (4π)(0,1) = 0,4π m/s.
3. B
Pembahasan: Pada GMB, besar kecepatan linear (kelajuan) konstan, tetapi arahnya selalu berubah. Kecepatan sudut konstan. Ada percepatan sentripetal yang arahnya menuju pusat lingkaran.
4. B
Pembahasan: Diketahui jumlah putaran = 120, waktu = 1 menit = 60 detik. Frekuensi (f) = jumlah putaran / waktu = 120 / 60 = 2 Hz.
5. C
Pembahasan: Percepatan sentripetal selalu berarah menuju pusat lingkaran, tegak lurus terhadap vektor kecepatan linear.
6. B
Pembahasan: Rumus percepatan sentripetal (as) adalah as = v²/R atau as = ω²R.
7. C
Pembahasan: Diketahui v = 4 m/s, r = 0,5 m. Kecepatan linear (v) = ωr, maka kecepatan sudut (ω) = v/r = 4 / 0,5 = 8 rad/s.
8. C
Pembahasan: Periode jarum detik (Td) = 60 s. Periode jarum menit (Tm) = 3600 s. Periode jarum jam (Tj) = 12 × 3600 s = 43200 s. Kecepatan sudut (ω) berbanding terbalik dengan periode (ω = 2π/T). Jadi, ωd : ωm : ωj = 1/Td : 1/Tm : 1/Tj = 1/60 : 1/3600 : 1/43200. Kalikan semua dengan 43200 untuk menghilangkan pecahan: 720 : 12 : 1.
9. C
Pembahasan: Diketahui m = 2 kg, r = 1 m, v = 3 m/s. Gaya sentripetal (Fs) = m × as = m × (v²/r) = 2 × (3²/1) = 2 × 9 = 18 N.
10. C
Pembahasan: Dalam GMB, kecepatan sudut (ω) adalah konstan. Kecepatan linear memiliki besar konstan tetapi arahnya berubah. Percepatan sentripetal memiliki besar konstan tetapi arahnya selalu menuju pusat (berubah). Posisi sudut tentu saja berubah seiring waktu.
11. B
Pembahasan: Diketahui T = 4 s. Kecepatan sudut (ω) = 2π/T = 2π/4 = π/2 rad/s.
12. B
Pembahasan: 120 rpm = 120 putaran dalam 1 menit. Frekuensi (f) = 120 putaran / 60 detik = 2 Hz.
13. B
Pembahasan: Percepatan sentripetal (as) = v²/R. Jika v menjadi 2v, maka as’ = (2v)²/R = 4v²/R = 4as. Jadi, percepatan sentripetalnya menjadi 4 kali semula.
14. A
Pembahasan: Jika dua roda dihubungkan dengan tali (atau sabuk), maka kecepatan linear titik di tepi kedua roda adalah sama. Jadi, vA : vB = 1 : 1.
15. B
Pembahasan: Diketahui r = 50 cm = 0,5 m. f = 10 putaran / 5 s = 2 Hz. Kecepatan sudut (ω) = 2πf = 2π(2) = 4π rad/s. Percepatan sentripetal (as) = ω²r = (4π)²(0,5) = 16π²(0,5) = 8π² m/s².
16. C
Pembahasan: Orbit satelit yang stabil dan dengan laju konstan merupakan contoh klasik dari Gerak Melingkar Beraturan (GMB).
17. B
Pembahasan: Diketahui r = 40 cm = 0,4 m, ω = 5 rad/s. Kecepatan linear (v) = ωr = 5 × 0,4 = 2 m/s.
18. C
Pembahasan: Periode adalah besaran waktu, sehingga satuan SI-nya adalah sekon (s). Hertz adalah satuan frekuensi.
19. C
Pembahasan: Diketahui f = 0,5 Hz. Periode (T) = 1/f = 1/0,5 = 2 s. Untuk 10 putaran, waktu yang dibutuhkan = 10 × T = 10 × 2 = 20 s.
20. C
Pembahasan: Gaya sentripetal adalah gaya yang menyebabkan benda bergerak melingkar, dan arahnya selalu menuju pusat lingkaran.
Isian Singkat
1. 3
2. 1
3. 10
4. 3
5. 4
Uraian
1. Kecepatan linear (v) adalah besaran vektor yang menunjukkan perpindahan linear per satuan waktu, arahnya selalu tangensial terhadap lintasan lingkaran. Kecepatan sudut (ω) adalah besaran vektor yang menunjukkan perubahan posisi sudut per satuan waktu, arahnya tegak lurus bidang putar.
Dalam GMB, kelajuan (besar kecepatan linear) konstan, tetapi arah kecepatan linear selalu berubah seiring waktu karena arah gerak benda yang terus berbelok mengikuti lintasan melingkar. Perubahan arah ini meskipun besar kecepatannya tetap, menyebabkan adanya percepatan sentripetal.
2. Diketahui f = 10 Hz, r = 30 cm = 0,3 m.
a. Kecepatan sudut (ω) = 2πf = 2π(10) = 20π rad/s.
b. Kecepatan linear (v) = ωr = (20π)(0,3) = 6π m/s.
c. Percepatan sentripetal (as) = ω²r = (20π)²(0,3) = 400π²(0,3) = 120π² m/s².
3. Karena roda A dan B sepusat dan berputar bersamaan, maka kecepatan sudut (ω) keduanya sama.
ωA = ωB.
vA = ωA rA => ωA = vA / rA = 4 m/s / 0,2 m = 20 rad/s.
Karena ωB = ωA = 20 rad/s, maka kecepatan linear titik di tepi roda B:
vB = ωB rB = (20 rad/s)(0,1 m) = 2 m/s.
4. Diketahui m = 0,2 kg, r = 1 m.
Frekuensi (f) = jumlah putaran / waktu = 2 putaran / 5 s = 0,4 Hz.
Kecepatan sudut (ω) = 2πf = 2π(0,4) = 0,8π rad/s.
Percepatan sentripetal (as) = ω²r = (0,8π)²(1) = 0,64π² m/s².
Gaya sentripetal (Fs) = m × as = 0,2 kg × 0,64π² m/s² = 0,128π² N.
5. 1. **Gerak Jarum Jam**: Jarum detik, menit, dan jam pada jam dinding atau arloji bergerak melingkar beraturan (atau mendekati beraturan) dengan kecepatan sudut yang konstan.
2. **Putaran Roda Kendaraan**: Saat kendaraan bergerak dengan kecepatan konstan di jalan lurus, setiap titik pada tepi roda melakukan gerak melingkar beraturan relatif terhadap pusat roda.
3. **Gerak Satelit Mengelilingi Bumi**: Jika satelit berada pada orbit lingkaran stabil dan memiliki kelajuan konstan, geraknya dapat dianggap sebagai GMB.
4. **Putaran Kipas Angin**: Bilah kipas angin yang berputar pada kecepatan konstan melakukan gerak melingkar beraturan.
Mencocokkan
1. 1-b, 2-d, 3-c, 4-a
2. 1-b, 2-d, 3-c, 4-a