Belajar Fisika Rumus Kecepatan Minimum Gerak Melingkar Vertikal
Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas ihwal bagaimana caranya memilih rumus kecepatan minimum suatu benda semoga benda tersebut sanggup bergerak melingkar 1 putaran penuh. Kita akan mengambil pola benda yang diikatkan pada seutas tali lalu diputar secara vertikal. Coba kalian Perhatikan gambar di bawah ini.
Kecepatan minimum di titik A atau titik tertinggi yang diharapkan semoga benda sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh tentunya berbeda dengan kecepatan minimum yang diharapkan ketika benda berada di titik B, C, D maupun E. Untuk memilih kecepatan minimum benda di lima titik tersebut, kita sanggup memakai Hukum II Newton dan Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Oke, pribadi saja kita bahas satu per satu.
blogspot.com/-1y8_16rmm1c/WZ8rMAGoxPI/AAAAAAAABy4/0tr4CtdQgVEY4QdxYc7tAXyapHnnEqlggCLcBGAs/s1600/intro-kecepatan-minimum-gerak-melingkar-vertikal.png" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-1y8_16rmm1c/WZ8rMAGoxPI/AAAAAAAABy4/0tr4CtdQgVEY4QdxYc7tAXyapHnnEqlggCLcBGAs/s1600/intro-kecepatan-minimum-gerak-melingkar-vertikal.png" title="Belajar Fisika Rumus Kecepatan Minimum Gerak Melingkar Vertikal" />
#1 Kecepatan Minimum di Titik A
blogspot.com/-YkydfwdXSVo/WZ8rNl4t8LI/AAAAAAAABzI/QJnNVJQuHNc0t0UacuxFya4u5KmZKMG3wCEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-tertinggi.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-YkydfwdXSVo/WZ8rNl4t8LI/AAAAAAAABzI/QJnNVJQuHNc0t0UacuxFya4u5KmZKMG3wCEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-tertinggi.png" title="Belajar Fisika Rumus Kecepatan Minimum Gerak Melingkar Vertikal" />
Ketika benda berada di titik tertinggi, maka gaya tegangan tali dan gaya berat sama-sama menuju sentra lingkaran. Oleh alasannya ialah itu, kedua gaya tersebut berperan sebagai gaya sentripetal positif. Di titik ini, semoga benda sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh, maka tali harus dalam keadaan tegang alias tidak kendur. Sehingga gaya tegangan tali harus mencapai nilai minimum, yaitu T = 0.
Kenapa nilai minimum gaya tegangan tali tidak negatif? Tentunya kalian tahu bahwa, gaya tegangan tali hanya berfungsi untuk menarik benda menuju sentra bulat dengan kata lain gaya tegangan tali tidak sanggup mendorong benda ke luar menjauhi sentra lingkaran. Apabila nilai T negatif, itu berarti gaya tegangan tali arahnya menjauhi sentra bulat alias mendorong benda ke arah luar lingkaran.
Dengan memakai Hukum II Newton pada gerak melingkar, kita peroleh persamaan gaya sentripetal sebagai berikut.
ΣFs = mas
T + w = mas
0 + mg = mv12/R
mg = m v12/R
g = v12/R
v12 = gR
Dengan demikian, rumus kecepatan minimum di titik tertinggi semoga benda sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh ialah sebagai berikut.
v1 | = | √ | gR | ………. Pers. (1) |
Keterangan: | ||
v1 | = | Kecepatan minimum di titik A (m/s) |
R | = | Jari-jari lintasan (m) |
g | = | |
Catatan Penting:Pada pembahasan ini, kita mengambil pola gerak melingkar vertikal untuk benda yang diikat dengan tali, maka jari-jari lintasan R merupakan panjang tali l.R = l = panjang tali
#2 Kecepatan Minimum di Titik B
blogspot.com/-nTIqybYziwQ/WZ8rNd_NlPI/AAAAAAAABzE/3Cgk7QYsWeITlD7Lq3GIbILAf8eig4A3wCEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-terendah.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-nTIqybYziwQ/WZ8rNd_NlPI/AAAAAAAABzE/3Cgk7QYsWeITlD7Lq3GIbILAf8eig4A3wCEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-terendah.png" title="Belajar Fisika Rumus Kecepatan Minimum Gerak Melingkar Vertikal" />
Sekarang untuk memilih rumus kecepatan minimum di titik B atau titik terendah, kita sanggup memakai Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Secara matematis, Hukum Kekekalan Energi Mekanik dirumuskan sebagai berikut.
EM1 = EM2
EP1 + EK1 + EP2 + EK2
mgh1 + ½ mv12 = mgh2 + ½ mv22
Keterangan: | ||
EM | = | Energi mekanik (Joule) |
EP | = | Energi potensial gravitasi (Joule) |
EK | = | Energi kinetik (Joule) |
m | = | Massa benda (kg) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
h | = | Ketinggian benda dari keadaan dasar (m) |
v | = | Kecepatan benda (m/s) |
Coba kalian perhatikan kembali gambar di atas. Di titik A, ketinggian benda ialah h = 2R dan kecepatan benda ialah v1. Sedangkan di titik B, benda tidak mempunyai ketinggian (h = 0) dan kecepatan benda ialah v2. Dengan memakai Hukum Kekekalan Energi mekanik di atas, maka kita peroleh persamaan sebagai berikut.
mgh1 + ½ mv12 = mgh2 + ½ mv22
mg(2R) + ½ m(√gR)2 = mg(0) + ½ mv22
2mgR + ½ mgR = ½ mv22
4mgR + mgR = mv22
4gR + gR = v22
v22 = 5gR
Dengan demikian, rumus kecepatan minimum di titik terendah semoga benda sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh ialah sebagai berikut.
v2 | = | √ | 5gR | ………. Pers. (2) |
Keterangan: | ||
v2 | = | Kecepatan minimum di titik B (m/s) |
R | = | Jari-jari lintasan (m) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
#3 Kecepatan Minimum di Titik C
blogspot.com/-i8OkEahRhPc/WZ8rM2ekn_I/AAAAAAAABy8/kKhcYxahrQwPyZVy75cmwRGVcopH1nByQCEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-bawah-dengan-kemiringan-tertentu.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-i8OkEahRhPc/WZ8rM2ekn_I/AAAAAAAABy8/kKhcYxahrQwPyZVy75cmwRGVcopH1nByQCEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-bawah-dengan-kemiringan-tertentu.png" title="Belajar Fisika Rumus Kecepatan Minimum Gerak Melingkar Vertikal" />
Ketika benda berada di titik bawah yang membentuk sudut kemiringan sebesar θ terhadap garis vertikal, maka ketinggian benda tersebut dari titik B ialah sebagai berikut.
h3 = R – R cos θ
h3 = R(1 – cos θ)
Dengan memakai Hukum Kekekalan Energi Mekanik, kita peroleh persamaan sebagai berikut.
mgh2 + ½ mv22 = mgh3 + ½ mv32
mg(0) + ½ m(√5gR)2 = mg[R(1 – cos θ)] + ½ mv32
5/2 mgR = mgR – mgR cos θ + 1/2 mv32
5mgR = 2mgR – 2mgR cos θ + mv32
mv32 = 5mgR – 2mgR + 2mgR cos θ
mv32 = 3mgR + 2mgR cos θ
v32 = 3gR + 2gR cos θ
v32 = gR(3 + 2 cos θ)
Dengan demikian, rumus kecepatan minimum di titik C semoga benda sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh ialah sebagai berikut.
v3 | = | √ | (3 + 2 cos θ)gR | ………. Pers. (3) |
Keterangan: | ||
v3 | = | Kecepatan minimum di titik C (m/s) |
R | = | Jari-jari lintasan (m) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
θ | = | Sudut kemiringan |
#4 Kecepatan Minimum di Titik D
blogspot.com/-S7BSu0x20xk/WZ8rMwFMAkI/AAAAAAAABzA/6UCjNPzVb5wGi51xmqxZktq-RHn7TFT-ACEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-tengah.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-S7BSu0x20xk/WZ8rMwFMAkI/AAAAAAAABzA/6UCjNPzVb5wGi51xmqxZktq-RHn7TFT-ACEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-tengah.png" title="Belajar Fisika Rumus Kecepatan Minimum Gerak Melingkar Vertikal" />
Ketika benda berada di titik tengah atau titik setimbang, maka ketinggian benda terhadap titik B sebesar R. Perhatikan gambar di atas. Dengan memakai Hukum Kekekalan Energi Mekanik antara titik B dan D, maka kita dapatkan persamaan berikut.
mgh2 + ½ mv22 = mgh4 + ½ mv42
mg(0) + ½ m(√5gR)2 = mg(R) + ½ mv42
5/2 mgR = mgR + 1/2 mv42
5mgR = 2mgR + mv42
mv42 = 5mgR – 2mgR
mv42 = 3mgR
v42 = 3gR
Dengan demikian, rumus kecepatan minimum di titik tengah semoga benda sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh ialah sebagai berikut.
v4 | = | √ | 3gR | ………. Pers. (4) |
Keterangan: | ||
v4 | = | Kecepatan minimum di titik D (m/s) |
R | = | Jari-jari lintasan (m) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
#5 Kecepatan Minimum di Titik E
blogspot.com/-w5QkxSgfzkQ/WZ8rL4LD0HI/AAAAAAAAByw/35ccSEb3goIZ1fuVfJeocn6cdQvWNVBQACEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-atas-dengan-kemiringan-tertentu.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-w5QkxSgfzkQ/WZ8rL4LD0HI/AAAAAAAAByw/35ccSEb3goIZ1fuVfJeocn6cdQvWNVBQACEwYBhgL/s1600/kecepatan-minimum-di-titik-atas-dengan-kemiringan-tertentu.png" title="Belajar Fisika Rumus Kecepatan Minimum Gerak Melingkar Vertikal" />
Pada ketika benda berada di titik atas yang membentuk sudut kemiringan sebesar θ terhadap garis vertikal, maka ketinggian benda tersebut dari titik B ialah sebagai berikut.
h5 = R + R cos θ
h5 = R(1 + cos θ)
Dengan memakai Hukum Kekekalan Energi Mekanik antara titik B dan titik E, kita peroleh persamaan sebagai berikut.
mgh2 + ½ mv22 = mgh5 + ½ mv52
mg(0) + ½ m(√5gR)2 = mg[R(1 + cos θ)] + ½ mv52
5/2 mgR = mgR + mgR cos θ + 1/2 mv52
5mgR = 2mgR + 2mgR cos θ + mv52
mv52 = 5mgR – 2mgR – 2mgR cos θ
mv52 = 3mgR – 2mgR cos θ
v52 = 3gR – 2gR cos θ
v52 = gR(3 – 2 cos θ)
Dengan demikian, rumus kecepatan minimum di titik E semoga benda sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh ialah sebagai berikut.
v5 | = | √ | (3 – 2 cos θ)gR | ………. Pers. (5) |
Keterangan: | ||
v5 | = | Kecepatan minimum di titik E (m/s) |
R | = | Jari-jari lintasan (m) |
g | = | Percepatan gravitasi bumi (m/s2) |
θ | = | Sudut kemiringan |
Itulah klarifikasi mengenai penurunan rumus kecepatan minimum benda semoga sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh. 5 rumus kecepatan minimum untuk benda yang diikat tali lalu diputar secara vertikal tersebut, juga berlaku untuk benda yang bergerak di dalam lintasan melingkar, di mana posisi gaya tegangan tali T digantikan oleh gaya normal N. Perhatikan gambar berikut supaya lebih jelas.
blogspot.com/-l0ljWj4bffU/WZ8rL_Vt1OI/AAAAAAAABy0/W-YBzBp7YrIWynJH1RRhD-4ka5Ol40l8ACEwYBhgL/s1600/closing-kecepatan-minimum-gerak-melingkar-vertikal.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-l0ljWj4bffU/WZ8rL_Vt1OI/AAAAAAAABy0/W-YBzBp7YrIWynJH1RRhD-4ka5Ol40l8ACEwYBhgL/s1600/closing-kecepatan-minimum-gerak-melingkar-vertikal.png" title="Belajar Fisika Rumus Kecepatan Minimum Gerak Melingkar Vertikal" />
Demikianlah artikel ihwal cara memilih rumus kecepatan minimum semoga benda sanggup bergerak melingkar satu putaran penuh lengkap dengan gambar ilustrasi dan diagram gayanya. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, huruf, ataupun angka dalam perhitungan, mohon informasikan kepada kami via Contact Us. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel berikutnya.
