Kalian pernah melihat atau merasakan sensasi salah satu permainan di wahana terbesar di Indonesia di Utara Jakarta? Ada diantaranya adalah wahana berputar ontang anting, dimana gerakan berputar objek yang tergantung pada poros tetap akan mengikuti lintasan berupa lingkaran. Hal demikian disebut juga dengan dinamika gerak melingkar.
Gerak melingkar adalah gerak suatu objek yang lintasannya berupa lingkaran mengelilingi suatu titik tetap. Pada dinamika gerak melingkar, terdapat gerak yang melingkar secara horizontal dan gerak secara vertikal.
Gaya Sentripetal Pada Gerak Melingkar Horizontal
Berdasarkan hukum II Newton, benda yang bergerak akan selalu ada gaya yang akan bekerja. Sebuah bola yang bergerak melingkar, harus memiliki gaya yang bekerja agar bola tetap bergerak dalam lingkaran. Resultan gaya yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan hukum II Newton dengan besar percepatannya adalah percepatan sentripetal.
Percepatan yang bekerja selalu mengarah menuju pusat lingkaran, sehingga resultan gaya yang bekerja pun menuju pusat lingkaran. Gaya tersebut disebut gaya sentripetal, yaitu gaya yang menuju pusat lingkaran. Gaya sentripetal ini merupakan gaya yang berperan dalam menjaga benda tetap bergerak melingkar beraturan.
Dari hukum II Newton gaya tegangan tali yang bekerja pada bola adalah sama dengan gaya sentripetalnya. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :
∑ F = ma
Gaya sentripetal juga terjadi pada kendaraan di suatu tikungan. Tikungan jalan yang miring dapat mengurangi kemungkinan tergelincirnya kendaraan yang melaluinya karena adanya komponen gaya normal yang menuju pusat.
(Baca juga: Besaran-Besaran dalam Konsep Gerak Lurus)
Pada tikungan datar, gaya sentripetal yang menjaga kendaraan tetap berada di lintasan berupa gaya gesek antara ban dan permukaan jalan. Sedangkan pada tikungan miring terdapat kelajuan tertentu yang membuat komponen gaya normal terhadap arah horizontal sama dengan gaya sentripetalnya. Berdasarkan komponan arah horizontal, gaya yang dihasilkan adalah :
Sedangkan jika dihitung berdasarkan komponen arah vertikal bisa menggunakan rumus :
∑ Fy = 0
NcosƟ = W
Dari kedua persamaan komponen arah horizontal dan vertikal diperoleh :
Gaya Sentripetal Pada Gerak Melingkar Vertikal
Pada gerak melingkar dalam lintasan vertikal, kelajuan benda tidak tetap. Kelajuan akan bertambah jika benda bergerak turun dan akan berkurang ketika benda bergerak naik, hal ini dapat terjadi karena adanya gaya tangensial. Ketika terdapat gaya tangensial maka ini menunjukan adanya percepatan tangensial.
Dalam sistem gerak melingkar yang vertikal, gaya yang bekerja adalah berat benda dan tegangan tali. Resultan gaya yang terjadi pada gerak vertikal ini, terdiri dari resultan gaya arah tangensial dan resultan gaya arah radial. Resultan gaya arah tangensial dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
∑ FƮ = maƮ
mgsinƟ = maƮ
aƮ = gsinƟ
Sedangkan resultan gaya arah radial dinyatakan dengan persamaan berikut ini :
Arah FR dan FƮ saling tegak lurus, sehingga percepatannya juga akan saling tegak lurus. Percepatan total dalam gerak lintasan vertikal merupakan jumlah vektor dari kedua percepatannya. Maka besar percepatan totalnya dapat dihitung dengan persamaan berikut :
contoh soal :
sebuah benda yang massanya 0,1 kg berayun pada lingkaran vertikal di ujung tali sepanjang R = 2 m. ketika tali membentuk sudut 300 terhadap arah vertikal dan kelajuan benda 2 m/s maka percepatan sentripetalnya adalah?
Pembahasan :
Percepatan sentripetal sama dengan percepatan radial, yaitu
percepatan tangensialnya adalah aƮ = g sin Ɵ = (9,8 m/s2) sin 300 = 4,9 m/s2
