10 Soal & Pembahasan Gerak Melingkar (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Bab
gerak melingkar mencakup beberapa sub bab yaitu, gerak melingkar beraturan,
gerak melingkar tidak beraturan (gerak melingkar berubah beraturan), hubungan
roda-roda, kecepatan maksimum pada tikungan, gaya pada gerak melingkar. Berikut
10 soal dan pembahasan gerak melingkar yang dapat dipelajari sebelum ujian.
Baca
sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Gerak Parabola (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Pilihlah
jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
1. Perhatikan
pernyataan di bawah ini!
1) Memiliki percepatan sentripetal
2) Kecepatan tetap
3) Kecepatan sudut tetap
4) Tidak memiliki percepatan
Berdasarkan
pernyataan tersebut yang benar mengenai gerak melingkar beraturan adalah . . .
A. 1, 2, dan 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 4 saja
E.
Benar semua
Pembahasan
:
Ciri-ciri
gerak melingkar beraturan adalah memiliki percepatan sentripetal, kelajuan
tetap tetapi arah kecepatannya berubah-ubah, kecepatan sudut tetap, dan bergerak
pada lintasan melingkar dengan poros tetap.
Jawaban
B
2. Sepeda
roda tiga bergerak dengan kecepatan 54 km/jam. Jika jari-jari masing-masing
roda 15 m, maka besar percepatan sentripetalnya adalah . . .
A. 194,4 m/s2
B. 15 m/s2
C. 4,2 m/s2
D. 3,6 m/s2
E. 1 m/s2
Pembahasan
:
Diketahui
:
v =
54 km/jam = 15 m/s
r =
15 m
Ditanya
: pecepatan sentripetal (as)
ac
= v2/r = 152/15 = 15 m/s2
Jawaban
B.
3. Bola
basket bermassa 5 kg menggelinding dengan lintasan melingkar tanpa gesekan
dengan kecepatan linier 1 m/s. Jika jari-jari bola adalah 25 cm, maka gaya yang
dilakukan bola adalah . .
A. 0,625 N
B. 1,250 N
C. 6,250
N
D. 20,00 N
E. 2,000 N
Pembahasan
:
Diketahui
:
m =
5 kg
v =
1 m/s
r =
25 cm = 0,25 m
Ditanya
: Gaya sentripetal (Fs)
*Mencari
percepatan sentripetal
ac
= v2/r = 12/0,25 = 4 m/s2
*Mencari
gaya sentripetal
F =
m.a
Fc
= m.ac = 5.4 = 20 N
Jawaban
D.
4. Jika
benda bergerak melingkar di dalam suatu dinding, maka akan mengalami gaya normal
maksimum pada posisi terendah-nya. Hal tersebut dikarenakan . . .
A. Gaya berat bernilai sama dengan gaya sentripetalnya dengan arah
berlawanan
B. Gaya berat bernilai sama dengan gaya sentripetalnya dengan arah sama
C. Resultan gaya yang bekerja (N-W) merupakan gaya sentripetalnya
D. Resultan gaya yang bekerja (W+N) merupakan gaya sentripetal
E. Gaya normalnya merupakan penjumlahan antara gaya berat dan gaya
sentripetal
Pembahasan
:
Gerak
di atas adalah gerak melingkar beraturan vertikal atau bandul bermassa bergerak
memutar secara vertikal. Titik terendah berarti bandul berada di posisi paling
bawah. Karena bandul memiliki massa, muncul gaya berat (W).
Bandul
yang terikat oleh tali tidak membuatnya jatuh ke bawah. Hal ini yang
menyebabkan gaya tegang tali (T) atau boleh kita sebut gaya normal
(N) saja muncul, sebagai gaya reaksi dari gaya berat (W).
Pada
kasus gerak melingkar vertikal, kita akan gunakan istilah gaya total saja dan
simpan saja istilah gaya sentripetal atau gaya sentrifugal.
|
Ftotal |
= |
m.ac |
|
T - W |
= |
m.ac |
|
N - W |
= |
m.ac |
Jadi,
gaya total di titik terendah adalah N -W
Jawaban
C.
5. Bola
bermassa 0,2 kg diikat pada tali sepanjang 1 m yang diputar dengan gaya sebesar
40 N. Jika gravitasi yang dialami sebesar 10 m/s2, maka besar
kecepatan pada titik terendah adalah . . .
A. 14,14 m/s
B. 13,8 m/s
C. 8,9
m/s
D. 7,3
m/s
E. 6,9 m/s
Pembahasan
:
Diketahui
:
m =
0,2 kg
l =
r = 1 m
Fc
= 40 N
Ditanya
: Kecepatan linier (v)
Fc
= m.ac
Fc
= m.v2/r
40
= m.v2/1
v =
14,14 m/s
Jawaban
A.
6. Pada
percobaan gaya sentripetal dengan menggunakan tali, diperlukan beban bermassa
10 kg yang dihubungkan dengan tali sepanjang 225 cm yang dibuat bergerak dengan
kecepatan sudut 4 rad/s. Jika percepatan gravitasi alat tersebut diatur sebesar
10 m/s2, maka besar tegangan tali di titik tertinggi adalah . . .
A. 460 N
B. 360 N
C. 260 N
D. 160 N
E. 60 N
Pembahasan
:
Diketahui :
m =
10 kg
r =
2,25 m
ω =
4 rad/s
g =
10 m/s2
|
Ftotal |
= |
m.ac |
|
T + W |
= |
m. ω2.r |
|
T + mg |
= |
(m. ω2.r) |
|
T |
= |
(10.42.(2,25))
– (10.10) |
|
T |
= |
260
N |
Jawaban
C.
7. Benda
bermassa 2 kg dihubungkan dengan tali yang panjangnya 50 cm dan digerakkan
membentuk lintasan melingkar. Benda bergerak dengan kecepatan sudut 4 rad/s.
Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s2, maka besar gaya
sentripetalnya adalah . . .
A. 4,0 N
B.
8,0 N
C. 12 N
D. 16 N
E. 20 N
Pembahasan
:
Diketahui
:
m =
2 kg
r =
0,5 m
ω =
4 rad/s
g =
10 m/s2
Ditanya
: Gaya sentripetal (Fc)
|
Fc |
= |
m.ac |
|
Fc |
= |
m. ω2.r |
|
Fc |
= |
(2.42.(0,5)) |
|
Fc |
= |
16
N |
Jawaban
D.
8. Bandul
berputar secara vertikal dengan tali berjari-jari 6,4 m. Agar bandul tidak
jatuh, maka besar kecepatan bandul tersebut adalah . . .
A. 8
m/s
B. 6 m/s
C. 4 m/s
D. 2 m/s
E. 1 m/s
Pembahasan
:
Diketahui
:
r =
6,4 m
g =
10 m/s2
Ditanya
: Kecepatan linier minimal (v)
*Menggunakan
rumus cepat untuk kondisi ini
|
v |
= |
√g.r |
|
v |
= |
√(10.(6,4)) |
|
v |
= |
8 m/s |
Berikut
asal persamaan di atas.
*Bandul
tidak akan jatuh ke bawah saat berada di posisi tertinggi, jika gaya total-nya
sama dengan gaya beratnya, Ftotal = m.ac. Tetapi, kita
hanya fokus di Ftotal-nya saja.
|
Ftotal |
= |
W
+ T |
|
Ftotal |
= |
W
+ 0 |
|
m.v2/r |
= |
m.g |
|
v2/r |
= |
g |
|
v |
= |
√(g.r) |
Jawaban
A.
9. Mobil
menikung pada tikungan yang beradius 20 m. Jika lantai kasar dengan koefisien
gesekan statis sebesar 1/2, maka kelajuan maksimum mobil agar tidak terpental
dari lintasan adalah . . . .
A. 20 m/s
B. 10√2 m/s
C. 10 m/s
D. 5√2 m/s
E. 5 m/s
Pembahasan
:
Diketahui
:
r =
20 m
g =
10 m/s2
μs
= 1/2 = 0,5
Ditanya
: Kecepatan linier maksimum (v)
*Menggunakan
rumus cepat untuk kondisi mobil menikung dengan jalan datar dan kasar
|
v |
= |
√μs.g.r |
|
v |
= |
√((0,5).10.20 |
|
v |
= |
10 |
Berikut
asal persamaan di atas.
 |
| car graphics by freepik "macrovector" |
|
Ftotal |
= |
m.a |
|
Ftotal |
= |
m.0 |
|
W - N |
= |
0 |
|
W |
= |
N |
|
mg |
= |
N |
*Gaya
horisontal yang bekerja pada mobil, F = m.a
|
F |
= |
m.a |
|
Fc |
= |
m.ac |
|
fs |
= |
m.ac |
|
N. μs |
= |
m.ac |
|
mg. μs |
= |
m.v2/r |
|
g. μs |
= |
v2/r |
|
v2 |
= |
μs.g.r |
|
v |
= |
√μs.g.r |
Jawaban
C.
10.
Truk melintasi tikungan yang menanjak dengan kecepatan 54 km/jam. Besar radius
tikungan tersebut adalah 3√3 m, maka
besar panjang tersebut adalah A sebesar . . .
A. 2/√3
B. 4/√3
C. √3/2
D. √3/4
E. 3/4
Pembahasan
:
Diketahui
:
v =
54 km/jam = 15 m
r =
30√3
Ditanya
: Tan dari sudut kemiringan tikungan (tan θ)
*Menggunakan
rumus cepat untuk kondisi mobil menikung dengan jalan miring dan licin
|
v |
= |
√g.r tan θ |
|
v2 |
= |
g.r tan θ |
|
tan θ |
= |
v2/g.r |
|
tan θ |
= |
152/10.(
30√3) |
|
tan θ |
= |
√3/4 |
Berikut
asal persamaan di atas.
 |
| car graphics by freepik "macrovector" |
*Gaya vertikal yang bekerja pada mobil, a = 0 karena mobil tidak bergerak secara vertikal
|
Ftotal |
= |
m.a |
|
Ftotal |
= |
m.0 |
|
W – N.cos θ |
= |
0 |
|
W |
= |
N.cos θ |
|
N |
= |
W/cos θ |
*Gaya
horisontal yang bekerja pada mobil, F = m.a
|
F |
= |
m.a |
|
Ftotal |
= |
m.ac |
|
N sin θ |
= |
m.ac |
|
W.sin θ/cos θ |
= |
m.ac |
|
W.tan θ |
= |
m.v2/r |
|
mg.tan θ |
= |
m.v2/r |
|
g. tan θ |
= |
v2/r |
|
v2 |
= |
g.r tan θ |
|
v |
= |
√ g.r tan θ |
Jawaban
D.
Baca
selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Gerak Melingkar (bagian 2) ǀ
Pilihan Ganda
Itulah
10 soal dan pembahasan gerak melingkar yang mencangkup gerak melingkar
beraturan, gerak melingkar tidak beraturan (gerak melingkar berubah beraturan),
hubungan roda-roda, kecepatan maksimum pada tikungan, gaya pada gerak melingkar.
Klik selanjutnya untuk soal dan pembahasan lainnya.