Penjelasan lengkap apa itu gaya sentripetal mulai dari pengertian, rumus, percobaan, contoh, beserta soal dan jawaban yang benarnya.
Daftar Isi
Pengertian Gaya Sentripetal
Apa itu gaya sentriptal? Gaya sentripetal merupakan gaya yang bergerak pada objek yang melingkar. Arah gaya sentripetal selalu mengarah ke pusat lingkaran. Fungsi adanya gaya ini adalah bisa digunakan untuk mengubah gerak benda tanpa harus mengubah besaran kecepatan liniernya. Tanpa adanya sentripetal, maka suatu benda tidak akan bisa bergerak secara melingkar.
Dari pengertian di atas, maka kita bisa memperoleh informasi bahwa benda bisa bergerak melingkar karena berasal dari gaya sentripetal. Percobaan gaya sentripetal bisa Anda simak pada bandul yang diikat menggunakan tali lalu diputar. Pada saat bandul tersebut bergerak melingkar atau berputar, kondisi tali berada dalam keadaan tegang sehingga menyebabkan gaya tegangan pada tali. Gaya tegangan yang dimiliki oleh tali tersebut itulah yang dinamakan sebagai sentripetal.
Rumus Gaya Sentripetal
Bagi Anda yang pernah mendapatkan materi seputar Hukum Newton II, maka Anda akan tahu bahwa dalam hukum tersebut berbunyi “Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya”.
Berdasarkan bunyi dari Hukum Newton II, maka kita bisa menyimpulkan jika suatu benda kelajuannya akan bertambah jika diberikan gaya total dengan arah yang sama terhadap gerak benda. Namun, jika gaya total yang diberikan kepada benda tersebut memiliki arah yang berbeda atau berlawanan dengan arah gerak benda, maka gaya tersebut akan memperkecil atau bahkan menghentikan laju benda tersebut.
Untuk gaya sentripetal sendiri digambarkan dengan lambang Fs.Lalu seperti apa rumus gaya sentripetal? Perlu Anda tahu bahwa gaya ini bukan termasuk gaya yang berdiri sendiri. Sentripetal pada dasarnya merupakan resultan gaya yang bekerja terhadap objek dengan arah radial. Berdasarkan keterangan yang terdapat pada Hukum Newton II, maka secara matematis rumus dari sentripetal yaitu:
F = m.a
a=F/m
Dikarenakan percepatan sentripetal yaitu v2/r, maka v2/r = F/m
Dengan begitu, maka rumus yang diperoleh adalah Fsentripetal = mv2/r
Dikarenakan arah gaya sentripetal selalu menuju ke pusat lingkaran, maka diubah menjadi omega atau ω. Artinya, kecepatan sudut dengan jari-jari (r) lingkaran dan sentripetal dapat ditulis:
Fsentripetal =mrω2
Keterangan:
Fsentripetal : gaya Sentripetal (n)
M : massa (kg)
v: kecepatan (m/s)
r: jari-jari (m)
ω: kecepatan sudut (rad/s)
Perbedaan Gaya Sentripetal dan Gaya Sentrifugal
Ketika kita membahas tentang gaya sentripetal memang tidak lengkap jika kita mengabaikan gaya sentrifugal. Gaya sentrifugal adalah gaya yang merepresentasikan tekanan keluar yang ada di sekitar objek yang berputar pada sebuah titik pusat. Jika kita berpatokan berdasarkan frasa Latin, maka pengertian gaya sentrifugal yaitu melarikan diri dari pusat.
Terdapat penjelasan lainnya mengenai gaya ini yaitu gaya gerak melingkar yang putaranya menjauhi pusat lingkarannya dan memiliki nilai positif. Penjelasan yang menerangkan seputar gaya sentrifugal yaitu terdapat pada hukum inersia Newton.
Hukum tersebut menyatakan jika objek yang tedapat di dalam gerakan konstan cenderung ada dalam kondisi tetap kecuali jika memperoleh gaya yang berasal dari luar. Contohnya, ketika ada bola yag diikat pada tali maka bola tersebut cenderung akan bergerak lurus pada saat digulingkan kecuali ketika memperoleh gaya pada ujung tali.
Gaya sentrifugal ini tergolong sebagai efek semu pada saat benda melakukan gerakan melingkar. Gaya ini juga dinamakan sebagai gaya khayal dan gaya pseudo. Gaya pseudo hanya bisa Anda temukan pada saat kerangka acuan yang Anda ambil merupakan non inersial. Bola tersebut nanti akan bergerak melingkar dengan poros yang ada di ujung tali.
Informasi selengkapnya tentang perbedaan gaya sentripetal dan gaya sentrifugal, silakan simak informasi berikut.
|
No |
Karakteristik | Gaya Sentripetal |
Gaya Sentrifugal |
| 1 | Nyala / Fiktif | Gaya sentripetal merupakan gaya nyata yang berasal dari interaksi fisik | Gaya sentrifugal merupakan gaya fiktif yang bisa dilihat ketika sebuah objek berputar jika diperhatikan dari kerangka acuan yang berputar secara bersamaan dengan objeknya |
| 2 | Arah | Gaya ini bekerja mendekati pusat lingkaran | Gaya ini bergerak menjauhi pusat lingkaran |
| 3 | Pergerakan pada gerak benda | Mengakibatkan benda bergerak melingkar | Mengakibatkan benda terpental dari gerakan melingkar |
| 4 | Pengamatan dan kerangka inersial | Bisa diamati | Tidak bisa diamati |
| 5 | Pengamatan dan kerangka non inersial | Tidak bisa diamati | Bisa diamati |
| 6 | Rumus | Fsp = masp = mv2/R | Fsf = mv2/R |
Contoh Soal Gaya Sentripetal
Sebagai tambahan, di bawah ini kami akan memberikan informasi tentang beberapa contoh soal gaya sentripetal. Silakan simak baik-baik penjelasan berikut ini.
1. Di Dufan, ada permainan kincir angin raksasa atau bianglala raksasa. Bianglala raksasa tersebut berputar sebanyak 5 putaran dalam satu menit. Sekarang hitung berapa gaya yang dialami oleh seseorang dengan massa 50 kg yang duduk dan ikut berputar dengan bianglala tersebut dengan radius 15 m dari pusat bianglalanya.
Jawaban:
Terdapat kincir yang berpusat sebanyak 5 putaran per menit sehingga setiap detik menghasilkan perbandingan 5/60 = 1/2 putaran. Maka diperoleh frekuensi sebesar 1/12 Hz. Gaya yang terjadi pada orang tersebut dinamakan sebagai gaya sentripetal.
Diketahui:
F = 1/12 Hz
R = 15 m
M = 50 kg
Ditanya: F?
Dijawab: F = ma = mv2/r = mω2r = m(2 πf)2r
F = 4 m π2f2r = 4(50) π2 (1/12)215
F = 125/6 π2 N
2. Sebuah bola yang memiliki massa 2 kg diikat di ujung tali. Kemudian bola tesebut diputar dalam bidang horizontal dengan kelajaun sebesar 5 m/s. Jika jari-jari lingkarannya sebesar 1 m, lalu berapa gaya sentripetal yang dihasilkan?
Jawab:
Diketahui:
M = 2 kg
r = 1 m
Dengan persamaan 2, maka kita memperoleh hasil seperti di bawah ini:
ΣFs = mv2/R
Sementara itu, gaya yang bekerja di dalam arah radial yaitu hanya gaya pada tegangan tali T sehingga
T =mv2/R
T =(2 kg)(5 m/s)2/(1 m)
T =50 N
Jadi, besar gaya sentripetal yang dihasilkan adalah sebanyak 50 N
3. Sebuah mobil memiliki massa 1.000 kg sedang melintasi jembatan melengkung dengan jari-jari kelengkungan jembatan mencapai 20 m terhadap pusat yang berada di bawah jembatan. Tentukan berapa besar gaya yang dihasilkan oleh mobil yang melintasi jembatan tersebut pada saat mobil berada di puncak jembatan jika kelajuannya sebesr 32 km/jam.
Jawab:
Diketahui:
m: 1000 kg
R: 20 m
v: 36 kg/jam = 10 m/s (gunakan metode konversi satuan)
Gaya yang diberikan mobil ke jembatan sama dengan gaya yang diberikan jembatan ke mobil. Selain bekerja gaya normal, pada mobil tersebut juga berlaku gaya berat. Kedua gaya inilah termasuk gaya sentripetal karena bekerja di dalam arah radial (berhimpit dengan diameter lingkaran) dengan arah yang berlawanan.
Dengan menggunakan persamaan (2), maka kita bisa memperoleh:
ΣFs = mv2/R
w – N =mv2/R
mg – N =mv2/R
N =mg – (mv2/R)
N =(1000 kg)(10 m/s2) – {(1000 kg)(10 m/s)2/(20 m)}
N =10.000 N – 15.000 N
N =5.000 N
Jadi, gaya yang diberikan kepada mobil pada jembatan ketika berada di puncak jembatan yaitu 5.000 N.
Semoga informasi ini bermanfaat.