KUMPULAN RUMUS GAYA SENTRIPETAL DAN CONTOH

Edukiper.com - Gaya sentripetal adalah gaya yang arahnya selalu menuju pusat lingkaran dan merupakan gaya yang menyebabkan suatu benda dapat bergerak melingkar. Ketika suatu benda bergerak melingkar, maka benda akan mengalami sebuah gaya sentripetal yang menariknya mendekati pusat lintasan sehingga lintasan benda berbentuk lingkaran.

Besar gaya sentripetal yang dialami oleh benda yang bergerak melingkar berbeda-beda bergantung pada kondisi geraknya. Pada benda yang bergerak melingkar secara vertikal, maka besar gaya sentripetal dapat dikaitkan dengan gaya berat dan gaya tegangan tali.

Rumus gaya sentripetal pada benda yang berputar di dalam atau di luar bidang berbentuk lingkaran akan dikaitkan dengan gaya berat dan gaya normal. Berikut beberapa rumus tentang gaya sentripetal pada beberapa kasus gerak melingkar.

Rumus Gaya Sentripetal

Ketika suatu benda bermassa m bergerak melingkar membentuk lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari lintasan R seperti pada gambar di atas, maka secara umum benda akan mengalami gaya sentripetal sebesar:

Fs = m. as

Fs = m v2  = m.ω2.R R

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
m = massa benda (kg)
a_s = percerapatn sentripetal (m/s²)
v = kecepatan linear benda (m/s)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
R = jari-jari lintasan (m)

Contoh Soal :
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 5 rad/s. Jika gaya sentripetal yang dialami benda adalah 100 N, maka tentukanlah jari-jari lintasannya.

Pembahasan :
Dik : m = 2 kg, ω = 5 rad/s, Fs = 100 N

Berdasarkan rumus gaya sentripetal:
⇒ Fs = m.ω².R
⇒ 100 = 2 (5)².R
⇒ 100 = 2 (25) R
⇒ 100 = 50 R
⇒ R = 2 m

Jadi, jari-jari lintasannya adalah 2 m.

Gaya Sentripetal pada Gerak Melingkar Vertikal

Ketika sebuah benda diikatkan pada ujung sebuah tali dan ujung lainnya diputar secara vertikal, maka benda akan bergerak melingkar secara vertikal mengikuti putaran tali. Dalam kondisi ini, ada tiga besaran gaya yang akan kita tinjau yaitu gaya berat, gaya tegangan tali dan gaya sentripetal.

#1 Pada Titik Tertinggi (A)
Pada titik tertinggi, besar gaya sentripetal yang dialami benda akan sama dengan jumlah gaya berat dan gaya tegangan tali, atau secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :

Fs = T + W

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
T = besar tegangan tali di titik tertinggi (N)
W = berat benda (N)

#2 Pada Tititk Seimbang (B)
Pada titik tengah yang merupakan titik seimbang, gaya berat tidak berada pada satu sumbu dengan gaya sentripetal dan tegangan tali sehingga tidak diperhitungkan. Dengan demikian, besar gaya sentripetal akan sama dengan besar tegangan talinya.

Fs = T

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
T = besar tegangan tali di titik B (N)

#3 Pada Titik Membentuk Sudut (C)
Pada sebarang titik yang membentu sudut terhadap garis lurus, maka besar gaya sentripetal akan sama dengan selisih antara tegangan tali dengan proyeksi gaya berat pada sumbu-y, sebagai berikut:

Fs = T - W cos θ

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
T = besar tegangan tali di titik C (N)
W = berat benda (N)
θ = sudut antara tali dan garis lurus

#4 Pada Titik Terendah (D)
Pada titik terendah, arah gaya berat dan arah tegangan tali saling berlawanan sehingga besar gaya sentripetal yang dialami benda akan sama dengan selisih antara besar tegangan tali dengan gaya berat.

Fs = T - W

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
T = besar tegangan tali di titik terendah
W = berat benda (N).

Gaya Sentripetal pada Gerak Melingkar Horizontal

Jika benda diikiatkan pada salah satu ujung tali dan ujung tali lain diputar secara vertikal, maka besar gaya sentripetal yang dialami oleh benda di sebarang titik sama dengan besar tegangan talinya.

Fs = T

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
T = besar tegangan tali (N).

Gaya Sentripetal pada Luar Bidang Melingkar

Ketika sebuah benda bergerak melingkar di atas sebuah bidang berbentuk lingkaran, maka besar gaya sentripetal akan dikaitkan dengan besar gaya normal dan gaya berat benda.

#1 Pada Titik Tertinggi (A)
Ketika benda berada di titik tertinggi, maka arah gaya berat benda akan berlawanan arah dengan arah gaya normal sehingga besar gaya sentripetal yang dialami benda adalah sebagai berikut:

Fs = W - N

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
W = berat benda (N)
N = gaya normal (N)

#2 Pada Titik dengan Kemiringan Tertentu (B)
Ketika benda berada pada titik dengan kemiringan tertentu membentuk sudut θ, maka arah gaya normal berlawanan dengan arah proyeksi gaya berat pada sumbu-y. Dengan demikian besar gaya sentripetal yang dialami benda pada titik tersebut adalah :

Fs = W cos θ - N

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
T = besar tegangan tali di titik C (N)
W = berat benda (N)
θ  = sudut antara gaya berat dan jari-jari lintasan.

Gaya Sentripetal di Dalam Bidang Melingkar

Ketika benda bergerak melingkar di dalam sebuah bidang berbentuk lingkaran seperti gambar di atas, maka arah gaya normal akan sama dengan arah gaya sentripetal yaitu menuju ke dalam pusat.

#1 Pada Titik Tertinggi
Ketika benda berada pada titik tertinggi, arah gaya normal searah dengan arah gaya berat benda sehingga besar gaya sentripetal yang dialami benda adalah :

Fs = N + W

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
W = berat benda (N)
N = gaya normal (A)
#2 Pada Titik Terendah
Pada titik terendah, arah gaya normal berlawanan arah dengan gaya berat benda sehingga besar gaya sentripetal yang dialami benda sama dengan selisih antara gaya normal dengan gaya berat.

Fs = N - W

Keterangan :
Fs = gaya sentripetal (N)
W = berat benda (N)
N = gaya normal (A)

FacebookFollow UsYoutubeInstagram