X bab gerak melingkar marthen

  1. bulan memiliki garis tengah 3480 km dan berjarak

  θ ω π

  ω = = 5. sebuah bor listrik berotasi pada 1800 rpm. Berapa sudut yang ditempuhnya dalam 5 ms? Jawab:

  km/jam rad/s km v r

  1

  144 144

  4. sebuah mobil mengitari suatu lintasan melingkar yang radiusnya 1,0 km dengan kelajuan 144 km/jam. Hitung kecepatan sudut dalam rad/s. Jawab:

  = = = = ×

  −

  θ π π

  1800

  rad/s s t

  10 3600 216

  6

  1

  1

  6

  1

  2

  3

  30

  = = = = ×

  3 π

  = × = =

  ω π = = =

  θ π ω π

  rad/s = m/s km/jam t v r v

  39, 56

  0, 27 11,11 0, 315 10,98

  3 11,11

  rad dalam 0,27 sekon. Berapakah kelajuan mobil tesebut? (nyatakan dalam km/jam). Jawab:

  × = × × 6. sebuah ban mobil (jari-jari 31,5 cm) menumpuh sudut

  30

  = = × =

  −

  π ω π θ ω π θ π

  rpm putaran/s putaran rad rad/s detik putaran = t =0,3 rad

  60

  1 5 10

  60

  2

  Untuk jarum jam:

  −

  8 3, 8 10 × m dari bumi.

  3,8 10 x rad r

  = putaran 3. tentukan kecepatan sudut masing- masing jarum detik, jarum menit, dan jarum jam dari sebuah jam dinding. Jawab: Kita hitung pergerakan dari angka 1 ke angka 2 Untuk jarum detik:

  250 2, 386

  Banyaknya putaran: 596, 6

  K 2 2 3,14 0, 38 2, 386 m r π = = × × =

  2. sebuah mobil memiliki diameter roda 76 cm. jika sebuah titik pada tepi roda telah menempuh 596,6 m, berapa banyak putaran yang telah dibuat oleh roda? Jawab:

  − × = = = × ×

  θ

  × b. 7 2 8 1, 28 10 3, 36 10

  6

  − × = = = ×

  θ

  3480 10 9,15 10 3,8 10 x rad r

  Jawab: a. 3 3 8

  (dalam radian) yang dibentuk oleh diameter bumi terhadap astronaut dibulan?

  4 1, 28 10 × km, berapa sudut

  B. jika garis tengah bumi

  a. berapa besar sudut (dalam radian) yang dibentuk oleh diameter bulan terhadap seseorang dibumi? b.

  1

  1

  θ ω π

  1

  θ π π

  rad/s s t

  18

  10 300

  6

  1

  1

  6

  2

  1

  Untuk jarum menit:

  = = = =

  θ ω π

  θ π π

  rad/s s t

  30

  5

  6

  7. seorang pemancing sedang menarik pancing digulung pada sebuah alat penggulung berjari-jari 0,030 m. berapa Jawab: kecepatan sudut alat penggulung a. tersebut?

  13, 2 θ

  ω = = = 2, 2 rad/s Jawab:

  t

  6

  v 0,14 m/s b.

  ω = = = 4, 67 rad/s

  r 0, 03 m

  2 π

  T = = 0, 91 s

  π ω

  8. sebuah roda melakukan gerak

  1

  f = = 0, 35s

  melingkar sebanyak 50 putaran terhadap

  T

  porosnya dalam satu sekon. Tentukan kelajuan linear sebuah titik pada roda 11. sebuah piringan, berputar dengan yang berjarak 2 cm dan 4 cm dari kecepatan 390 rpm. pusatnya.

  a. tentukan frekuensi dalam Hertz Jawab:

  b. berapakah periodenya? 50 putaran 2 π rad

  Jawab: = × = 100 rad/s

  ω π

  sekon putaran

  1

  1 a. untuk titik yang berjarak 0,02 m dari 2 rad

  π ω = 390 rpm × = 13 π rad pusatnya:

  60

  v = ω r = 100 π × 0, 02 = 2 m/s π

  ω

  f =

  2 π untuk titik yang berjarak 0,04 m dari

  13 π pusatnya:

  f =

  2 π

  v = r = 100 × 0, 04 = 4 m/s

  ω π π

  f = 6,5 Hz b.

  9. sepertiga keliling suatu lingkaran ditempuh oleh Badu dalam waktu 15 1 sekon dengan berlari. Berapakah

  T = = 0,154 s

  frekuensi dan periode lari Badu?

  f

  Jawab:

  2 π

  12. sebuah sabuk melalui sebuah katrol

  2 θ

  3 ω = = = π rad/s dengan radius 15,0 cm.

  t

  15

  45

  a. jika laju linear titik pada sabuk adalah

  1 ω

  300 cm/s, berapakah kecepatan sudut

  f = = Hz

  2

  45 π katrol?

  1 b. berapakah frekuensi putar katrol?

  T = =

  45 s

  f

  10. sebuah piringan hitam yang sedang memainkan lagu, berputar dan menempuh sudut pusat 13,2 rad dalam 6 sekon. Hitung: a. kecepatan sudut

  b. periode dan frekuensi piringan hitam

  27,3 hari, tentukan percepatan bulan 15 m menuju bumi. Jawab: 2

  a = r s ω 2 2 2 π ⎛

  2 π ⎞ ⎛ ⎞

  a = r = 384000 km s

  ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

  T 2, 73

  ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 2 300 cm/s

  a = 20320 km/hari s

  15. tubuh manusia hanya dapat menahan percepatan sebesar 9 kali percepatan gravitasi tanpa membahayakan diri. Jawab: Pesawat menukik dengan kelajuan 756

  a. v = 300 cm/s = 3 m/s km/jam, dan oleh pilotnya kembali

  v

  3 m/s dibelokan keatas. Berapakah jari-jari 20 rad/s ω = = = minimum lingkaran yang dapat

  r 0,15 m

  ditempuh tanpa membahayakan pilotnya? b.

  Jawab: ω

  20

  f

  = = 2 π 2 π 756 km/jam = 210 m/s

  10

  f = rad/s a =

  9 g π s 2

  v

  9 g 13.sebuah ban sepeda (garis tengah 80 =

  r

  cm) melaju dengan kelajuan 47,1 2 2

  v 210

  km/jam. Jika = 3,14, tentukan:

  π r = = = 490 m

  a. frekuensi putar ban (dalam Hertz) 9 g 9 10 ×

  b. kecepatan sudut 16. suatu lintasan rel telah dibengkokkan jawab: dengan jari-jari kelengkungan r = 4 km. r = 0,4 m v = 47,1 km/jam = 13 m/s jika para penumpang merasa tak nyaman a. ketika percepatan melibihi a = 0,05 g,

  13

  v

  berapa cepatkah yang dapat ditempuh = = = 32,5 rad/s

  ω oleh kereta?

  r 0, 4

  Jawab: ω 32, 5 2

  f = = = 5,175 Hz v

  2 π 2 π

  a = r

  b. 2

  v v

  13 32, 5 rad/s 0, 05 g =

  ω = = = 3 4 10 ×

  r 0, 4 3 v = 0, 05 10 4 10 × × × = 44, 72 m/s

  14. orbit hampir berbentuk lingkaran Kecepatan kereta tidak boleh melebihi dari bulan mengelilingi bumi dengan 44,72 m/s jari-jari kira-kira 384000 km. jika periode bulan mengitari bumi kira-kira

  Ketika v = 400 km/ jam = 111,12 m/s, Jawab: 2 2 kereta akan mengalami gaya sentripetal

  2 r t / v ( π )

  yang sangat besar dan kemungkinan a = = s

  r r

  akan menyebabkan kereta terguling 2 2

  4 π r 4 π × 6400 jatuh. a s = = 2 t 2

  24

  17. sebuah bola bermassa 200 g yang

  a = 1066, 67 π km jam / s

  diikat diujung tali diayun dalam suatu 2 2

  296, 3 / a = π m s s lingkaran horizontal beradius 50 cm.

  bola itu melakukan 150 putaran tiap 19. sekeping uang logam diletakan diatas menit. Hitunglah: piringan hitam yang sedang berputar 30

  a. waktu untuk satu putaran b. percepatan sentripetal rpm.

  c. tegangan tali.

  a. dalam arah manakah percepatan uang Jawab: logam?

  b. tentukan percepatan uang logam jika ditaruh (i) 5 cm, (ii) 10 cm, (iii) 15 cm a. dari pusat piringan. 150 putaran 1 putaran

  = Jawab: 60 sekon T a. penyelesaian saya serahkan kepada

  60 pembaca ^_^

  T 0, 4 s

  = = 150 b.

  b.

  2 π

  ω = 30 rpm = 30 × = π rad/s 2

  60

  a r s = ω 2 2 2 2

  ( ) i a = ω r = 0, 05 π m/s s 2 2 2

  2 ⎛ π ⎞

  ( ) ii a = ω r = 0,1 π m/s s

  a r s = ⎜ ⎟

  T ⎝ ⎠ 2 2 2 iii m/s 2

  ( ) a = ω r = 0,15 π s

  ⎛ 2 π ⎞ 2 2 a = × 0,5 12, 5 = rad/s s π

  ⎜ ⎟

0, 4 20. dua buah roda masing-masing

⎝ ⎠

  dengan jari-jari 6 cm dan 18 cm dihubungkan dengan tali seperti pada c. gambar berikut. Jika roda pertama

  F = ma s 2 2 melakukan 24 putaran tiap menit, berapa

  0, 2 12, 5 2, 5 N

  F = × π = π

  putaran yang dilakukan roda kedua? 18. misalkan anda bermassa 48 kg berdiri dikahtulistiwa. Karena rotasi

  I II bumi pada porosnya, anda mengitari pusat bumi sekali dalam 24 jam. Tentu saja anda bergerak dalam lintasan melingkar, dengan jari-jari sama dengan jari-jari bumi, yaitu 6400 km. tentukan Jawab:

  24 6

  T v T

  , berapakah kelajuan maksimum mobil yang diperbolehkan? Jawab: 2

  2 1, 96 12 4,85m/s s s v a r v a r v

  = = = × =

  24. sebuah elektron bergerak mengelilingi inti dengan lintasan berbentuk lingkaran yang jari-jarinya 0,0529 nm. Jika kecepatan elektron 2,19× 6 10 m/s tentukan: a. periode orbit elektron

  b. percepatan sentripetal yang dialami elektron c. kecepatan sudutnya. Jawab: a. 11

  6 16

  2

  2

  2 2 5, 29 10 2,19 10

  1,5 10 s

  T v r r

  π π ω

  = 23. seorang pengemudi mobil sedang mengemudikan mobilnya mengikuti suatu jalan melingkar yang jari-jarinya 12 m. jika percepatan sentripetal maksimum yang dizinkan adalah 1,96 2

  π π

  − −

  = = ⋅ ×

  = = ×

  = × b. 2 2

  2 11 16 22

  2

  2 5, 29 10 1,5 10 9, 27 10 2 rad/s s s s s a r a r

  T a a

  ω π

  π −

  − = ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠

  m/s

  = = ×

  8 24 6

  Hz rad/s m/s s s f f a r a

  18

  8 putaran/menit II I II II I I I I v v r r

  ω ω ω

  ω

  = = × = × ×

  = =

  21. pada zaman dahulu para pemburu menggunakan sebuah batu yang diikatkan pada ujung seutas tali sebagai senjata. batu tersebut diputar-putar diatas kepala sehingga membentuk lingkaran horizontal. Jika diameter lingkaran 1,6 m, massa batu 0,5 kg, dan batu berputar 3 kali setiap sekon, hitunglah percepatan sentripetalnya. Jawab:

  ( ) 2 2

  3

  2

  6 6 0,8 284

  ω π π ω

  × ≈

  π = = =

  = = × =

  22. sebuah stasiun ruang angkasa bergerak mengelilingi bumi dalam orbit berbentuk lingkaran pada ketinggian 5,0 2 10 × km. jika stasiun ini memiliki periode revolusi 95 menit, berapakah kelajuan orbit dan percepatan sentripetalnya? Jawab: 5

  2 2 5

  2

  2 5 10 95 60

  550 550 5 10

  0, 605 2

  m/s rad/s s s v r v r

  T s v v a r a

  ω π π

  = = = × ×

  ⎛ ⎞ = × ⎜ ⎟ × ⎝ ⎠ = × c.

  v

  ω =

  r 6 2,19 10 ×

  ω =

  − 11 5, 29 10 × 16

4,14 10 rad/s

  ω = × 25. dua roda yang masing-masing memiliki diameter 10 cm dan 32 cm dihubungkan dengan sebuah sabuk sehingga keduanya dapat bergerak berputar bersamaan. Kecepatan sudut roda yang kecil sama dengan 120 rad/s. tentukan:

  a. kelajuan linear roda besar dan roda kecil b. kelajuan sudut roda besar dinyatakan dalam rpm.

  Jawab: a.

  v = v = ω r b k k k v = 120 0, 05 × = 6 m/s b b. v b 6 m/s

  = = = 37, 5 rad/s ω b

  

r 0,16 m

b

  60 ω = 37, 5 × = 358, 28 rpm b 2 π