Gerak melingkar beraturan adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan melingkar dengan kelajuan yang tetap. Salah satu contoh gerak melingkar beraturan yairu jarum jam yang berputar. Jarum jam selalu berputar dengan menempuh sudut yang sama, misalnya jarum detik menempuh 360° selama satu menit, begitu juga dengan jarum menit dan jarum jam yang memiliki besaran sudut tersendiri. Lalu apa itu gerak melingkat beraturan?
Untuk mengetahui lebih lengkap tentang gerak melingkar beraturan. Berikut ini akan dijelaskan secara lengkap tentang pengertian gerak melingkar beraturan, rumus dan contoh soal gerak melingkar beraturan.
Pengertian Gerak Melingkar Beraturan
Gerak melingkar beraturan adalah gerak suatu benda menempuh lintasan melingkar dengan kelajuan yang tetap. Gerak melingkar beraturan memiliki kecepatan atau kelajuan yang tetap namun vektor (arah) kecepatan linear berubah-ubah setiap saat atau tidak tetap.
Gerak melingkar beraturan memiliki kelajuan tetap karena kecepatan sudut yang juga tetap. Kecepatan sudut yang tetap akibat arah kecepatan sudut sama dengan arah putaran partikel. Karena besar dan arah yang tetap maka besaran vektor yang tetap pada gerak melingkar beraturan adalah kecepatan sudut.
Perubahan kecepatan sudut atau percepatan sudut pada gerak melingkar beraturan adalah Nol akibat kecepatan sudut tetap. Percepatan linier pada gerak melingkar beraturan juga nol. Gerak melingkat memiliki percepatan yang tegak lurus dengan lintasan (percepatan sentripetal) yang menyebabkan arah kecepatan linier berubah-ubah.
Berikut gambar gerak melingkar beraturan:
Gerak melingkar beraturan memiliki variabel-variabel penting yaitu Periode (T), Frekuensi (f), kecepatan linier (v), kecepatan sudut (ω), percepatan sudut (α), perpindahan sudut (θ), kecepatan sudut rata-rata.
Periode adalah selang waktu yang dibutuhkan oleh suatu titik materi pada benda yang berputar terhadap suatu poros tertentu untuk menempuh satu kali putaran atau satu kali melingkar.
Frekuensi (f) adalah banyak putaran yang dilakukan oleh suatu titik materi pada benda yang berputar terhadap poros tertentu dalam selang waktu sekon.
Kecepatan linier (v) adalah hasil bagi panjang lintasan linier yang ditempuh partikel dengan selang waktu tempuhnya.
Kecepatan sudut (ω) adalah hasil bagi sudut pusat yang ditempuh partikel dengan selang waktu tempuhnya.
Perpindahan sudut (Δθ) adalah sudut yang disapu oleh sebuah garis radial mulai dari posisi awal garis θoke posisi akhir garis θ.
Kecepatan sudut rata-rata adalah hasil bagi perpindahan sudut dengan selang waktu.
Baca Juga : Kelajuan, Kecepatan, dan Percepatan dengan penjelasannya
Rumus Gerak Melingkar Beraturan
Periode dan Frekuensi
Antara periode dan frekuensi memiliki hubungan secara matematis sebagai berikut:
Keterangan:
T adalah periode (s)
f adalah frekuensi (Hz)
Kecepatan Linier
Karena lintasan memiliki bentuk lingkaran, maka rumus yang digunakan yaitu rumus keliling lingkaran untuk menghitung panjang lintasan. Rumus yang digunakan yaitu:
Kecepatan Sudut
Kecepatan sudut memiliki hubungan dengan kecepatan sudut. Rumus yang digunakan yaitu:
Percepatan sudut
Berikut rumus yang digunakan pada percepatan sudut dan gaya sentripetal yang terjadi pada gerak melingkar beraturan, yaitu:
Perpindahan Sudut
Rumus yang berlaku pada perpindahan sudut, yaitu:
Arah perpindahan sudut adalah sebagai berikut :
Δθ > 0 untuk putaran berlawanan arah jarum jam.
Δθ < 0 untuk putaran searah jarum jam.
Kecepatan Sudut Rata-rata
Rumus yang berlaku pada kecepatan sudut rata-rata, yaitu:
Arah kecepatan sudut ω adalah sebagai berikut :
ω > 0 untuk putaran berlawanan arah jarum jam
ω < 0 untuk putaran searah jarum jam.
Satuan SI untuk ω adalah rad/s.
Baca Juga : Percepatan Gravitasi dan Penjelasannya
Contoh Soal Gerak Melingkar Beraturan
Ban mobil gunung 4×4 Off-Road vehicle race dirancang untuk bisa melaju di jalan terjal dan menanjak, jari-jari bannya yaitu 50 cm. Pada saat melaju, bannya berputar dengan kecepatan sudut 20 rad/s. Jarak yang ditempuh mobil ketika ban berputar selama 10 sekon adalah
Pembahasan :
Dari soal ini terdapat dua hubungan gerak, yaitu gerak melingkar (gerak anguler) dengan gerak lurus (gerak linear), kita tahu bahwa hubungan kedua gerak tersebut dinyatakan dalam matematisnya sebagai berikut
v = r . w
Maka kita dapat mencari terlebih dahulu kecepatan linear dari mobil tersebut
Diketahui
r = 50 cm = 0,5 m
w = 20 rad/s
v = (0,5)(20) = 10m/s
Selanjutnya kita hitung jarak yang ditempuh mobil selama 10 sekon
v = 10m/s
t = 10 sekon
s = v . t = (10)(10) = 100 meter
Maka jarak yang ditempuh mobil ketika ban berputar adalah 100 meter.
Baca Juga : Gerak Jatuh Bebas dan Penjelasannya
Demikian artikel mengenai Gerak Melingkar Beraturan. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.