Gerak melingkar dan Aplikasi Lain dari Hukum Newton (Chapter 6)

Sainsped
Sainsped
•Fisika•3 menit baca

Dalam bab sebelumnya, kita mengenal hukum Newton tentang gerak dan dimasukkan ke dalam dua model analisis yang melibatkan gerakan linier. Sekarang kita membahas gerak yang sedikit lebih rumit. Sebagai contoh, kita akan menerapkan hukum Newton untuk benda bergerak pada lintasan melingkar. Kita juga akan membahas gerakan yang diamati dari percepatan kerangka acuan dan gerak suatu benda melalui media kental. Untuk sebagian besar, bab ini terdiri dari serangkaian dari contoh yang dipilih untuk menggambarkan penerapan hukum Newton untuk berbagai keadaan baru.

6.1 Perluasan Partikel dalam Gerak Melingkar yang Seragam

Dalam Bagian 4.4, kita membahas model analisis partikel dalam gerakan melingkar seragam, di mana partikel bergerak dengan kecepatan konstan v dalam jalur melingkar yang memiliki jari-jari r. Partikel ini mengalami percepatan yang memiliki besaran:
ac= v2/r
percepatan ini disebut percepatan sentripetal karena ac diarahkan menuju pusat lingkaran. Selanjutnya, ac selalu tegak lurus terhadap v (Jika ada komponen percepatan sejajar dengan v, kecepatan partikel akan berubah.)

Sekarang mari kita memperluas partikel dalam model gerak melingkar seragam dari Bagian 4.4 dengan memasukkan konsep gaya. Pertimbangkan keping bermassa m yang terkait dengan tali dengan panjang r dan bergerak dengan kecepatan konstan dalam arah horisontal, jalan melingkar seperti yang diilustrasikan pada Gambar 6.1. Bobotnya didukung oleh meja tanpa gesekan, dan tali berlabuh ke pasak di tengah lintasan melingkari keping. Mengapa keping bergerak dalam lingkaran? Menurut hukum pertama Newton, keping akan bergerak dalam garis lurus jika tidak ada gaya di atasnya, tali, bagaimanapun, mencegah gerak sepanjang garis lurus dengan mengerahkan pada keping radial gaya Fr yang membuatnya mengikuti jalan melingkar. Gaya ini diarahkan sepanjang tali menuju pusat lingkaran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.1.

 

Jika hukum kedua Newton diterapkan sepanjang arah radial, gaya total yang menyebabkan percepatan sentripetal dapat berhubungan dengan percepatan sebagai berikut:
                                     (6.1)
Sebuah gaya menyebabkan percepatan sentripetal bertindak menuju pusat jalur melingkar dan menyebabkan perubahan dalam arah vektor kecepatan. Jika gaya hilang, objek tidak lagi bergerak dalam jalur melingkar, melainkan akan bergerak sepanjang jalur singgung garis lurus dengan lingkaran. Gagasan ini diilustrasikan pada Gambar 6.2 untuk keping bergerak dalam lintasan melingkar pada ujung tali pada bidang horizontal. Jika tali diam pada beberapa waktu, keping bergerak sepanjang lintasan lurus yang bersinggungan dengan lingkaran pada posisi keping di saat itu.
 

6.2  Gerak Melingkar Tak Seragam

Dalam Bab 4, kita menemukan bahwa jika partikel bergerak dengan kecepatan yang berbeda-beda dalam jalur melingkar, di samping komponen percepatan radial, komponen tangensial memiliki besar |dv/dt|. Oleh karena itu, gaya yang bekerja pada partikel juga harus memiliki komponen tangensial dan komponen radial. Karena percepatan total adalah a = ar + at, total gaya yang bekerja pada partikel adalah  ∑F = ∑Fr + ∑Ftseperti yang ditunjukkan dalam Gambar 6.7. (Kita mengekspresikan gaya radial dan tangensial sebagai gaya total dengan notasi penjumlahan karena setiap gaya bisa terdiri dari beberapa gaya yang digabung). Vektor ∑Frdiarahkan menuju pusat lingkaran dan berpengaruh pada percepatan sentripetal. Vektor ∑Ft bersinggungan dengan lingkaran yang berpengaruh pada percepatan tangensial, yang merupakan perubahan kecepatan partikel dengan waktu.



(Serway,2010:139-140).

Artikel Terkait