Contoh Soal Gerak Melingkar Fisika Kelas 10 Semester 1 & Jawaban

tirto.id - Contoh soal tentang Gerak Melingkar dalam mata pelajaran fisika kelas 10 semester 1 dan jawabannya dapat dimanfaatkan oleh siswa sebagai bahan latihan untuk menghadapi ulangan harian atau ujian tengah semester yang akan datang.

Berdasarkan buku teks pelajaran Fisika kelas X SMA Kurikulum Merdeka terdapat berbagai materi yang akan dipelajari oleh siswa kelas X semester 1 salah satunya yaitu materi mengenai Gerak Melingkar.

Gerak melingkar didefinisikan sebagai gerak benda dalam suatu lintasan yang berupa lingkaran dengan laju konstan dan arah kecepatan tegak lurus dengan arah percepatan. Misalnya mobil yang menikung, gerak bulan mengelilingi bumi, gerak kincir angin, gerak roda yang berputar pada porosnya.

Gerak melingkar dibedakan menjadi dua yaitu gerak melingkar beraturan (GMB) dan gerak melingkar berubah beraturan (GMBB). GMB adalah gerak melingkar dengan kecepatan sudut (ω) tetap terhadap waktu atau percepatannya sudutnya (a) sama dengan nol. Apabila kecepatan linearnya tetap, kecepatan angulernya juga memiliki nilai tetap.

GMBB yaitu gerak melingkar dengan percepatan sudut tetap, besar perecepatan tangensial pada GMBB juga selalu konstan sehingga kelajuan liniernya menjadi bertambah secara teratur. Selain itu, kecepatan sudut dalam GMBB juga selalu berubah.

Terdapat dua jenis besaran yang digunakan dalam Gerak Melingkar yakni Besaran sudut dan besaran linier. Besaran sudut (anguler) arah kerjanya melingkar atau membentuk sudut tertentu. Besaran sudut tersebut mencakup periode, frekuensi, posisi sudut, kecepatan sudut dan percepatan sudut.

Adapun besaran linier (tangensial) arah kerjanya lurus atau tidak membentuk sudut. Besaran linier diantaranya mencakup jari-jari, panjang lintasan, kecepatan linier, percepatan tangensial, percepatan sentripetal dan percepatan total.

Contoh Soal Gerak Melingkar Kelas X Semester 1 dan Jawaban

Berikut ini contoh latihan soal yang bisa dipakai sebagai bahan belajar siswa kelas X untuk mempersiapkan diri dan memperdalam pemahaman materi tentang Gerak Melingkar sebelum mengikuti ujian yang biasanya akan diberikan di akhir masa studi.

1.Bakri memacu sepeda motornya pada lintasan yang berbentuk lingkaran dalam waktu 1 jam. Dalam waktu tersebut, Bakri telah melakukan 120 putaran. Tentukan periode, frekuensi, kecepatan linear dan kecepatan sudut Bakri jika lintasan tersebut memiliki diameter 800 m!

Jawab:

Diketahui :

d = 800 m œ

r = 400 m

t = 1 jam = 3600 s

n = 120 putaran

Ditanyakan :

a. T = …?

b. f = …?

c. v = …?

d. ω = …?

Dijawab :

a. T = t/ n =3600/120 = 30 s

b. f = 1/ T =1/30 Hz

c. v = 2πrf = 2 π × 400 × (1/30) = 26,7 m/s

d. ω = 2πf = 2π x (1/30) = 0,0167 rad/s.

2. Dua buah roda sebuah sepeda motor mempunyai jari-jari 20 cm. Sepeda motor tersebut bergerak dengan kelajuan 90 km/jam.

a. Berapakah percepatan sudut roda sepeda motor tersebut?

b. Berapakah kelajuannya, jika roda diganti roda lain yang berdiameter 80 cm?

Jawab :

Penyelesaian:

Dalam kasus ini ditinjau dari satu roda saja.

a.Jari-jari roda: R1 = 20 cm = 0,2 m

Kelajuan linier: v1 = 90 km/jam = 25 m/s

percepatan sudut: 𝑎1 = 𝑉1/𝑅1 = 25/0,2 = 125 rad/ s²

b. Jari-jari roda diganti: R2 = 2 d = 2 cm 80 = 40 cm = 0,4 m

dengan kecepatan sudut yang sama: a1 = 𝑎2 = 125 𝑅𝑎𝑑/𝑠

kelajuan linier: v2 = 2 ω . R2 = (125 rad/s)(0,4 m) = 50 m/s

V2 = 50 x 1/1000 km per 1/3600 jam

V2 = 50 x 3600 km/ 1000 jam

V2 = 180 km/jam

3. Sebuah partikel bergerak melingkar beraturan dengan posisi sudut awal 5 rad. Jika partikel bergerak dengan kecepatan sudut 10 rad/s, tentukanlah posisi sudut akhir pada saat t = 5 s.

Jawab :

Penyelesaian :

Diketahui:

𝜃0 = 5 rad

ω = 10 rad/s

t = 5 s.

rθ = θo + ωt = 5 rad + 10 rad/s. 5 s

rθ = 55 rad

Jadi, posisi sudut akhir partikel adalah 55 rad.

4. Sebuah mobil bergerak dengan kelajuan linear 10 m/s pada suatu jalan menikung berupa busur lingkaran. Jika jari-jari busur lingkaran dari jalan tersebut 20 m, tentukan percepatan sentripetal mobil!

Jawab :

Penyelesaian:

Diket :

v = 10 m/s

r = 20 m

Ditanya: 𝑎𝑠 ?

Dijawab: 𝑎𝑠 = 𝑣²/𝑟 = 10²/20 = 5 m/s²

5. Sebuah partikel bergerak melingkar pada lintasan berdiameter 7 meter, jika partikel tersebut menempuh 2/3 bagian lintasan lingkaran tersebut, tentukan:

a. Panjang lintasan yang ditempuh oleh partikel

b. Perpindahan sudut dalam radian, putaran dan derajat

Jawab :

Penyelesaian:

a.x = 2/3 x keliling lingkaran

x = 2/3 x 2 π r

x = 2/3 x 2 (22/7) (3,5 m)

x = 14,66 m

panjang lintasan yang ditempuh oleh partikel adalah 14,66 m.

b. 𝜽 = 𝒙/𝒓 radian

Karena x = 14,66 m dan r = 3,5 m, maka:

𝜃 = 14,66 𝑚/3,5 𝑚 radian

𝜃 = 4,19 radian

2π radian = 1 putaran, maka:

𝜃 = 4,19/2 (3,14) putaran

𝜃 = 𝟎, 𝟔𝟕 putaran atau 𝟐/𝟑 putaran

Karena 1 radian = 57,3°, maka:

𝜃 = 4,19 × 57,3°

𝜃 = 240,09° = 240°

Jadi, perpindahan sudut partikel adalah 4,19 radian, 2/3 putaran dan 240°.

6. Sebuah benda bergerak melingkar dan selama 60 sekon benda berputar sebanyak 5 kali. Hitunglah periode dan frekuensi benda tersebut!

Jawab :

Penyelesaian:

• Perioda 𝑇 = 𝑡/𝑛

𝑇 = 60𝑠/5 = 12 𝑠

• Frekuensi 𝑓 = 𝑛/𝑡 = 5/60𝑠 = 1/2 𝐻z

7. Bambang mengendarai sepeda motor melewati sebuah tikungan lingkaran yang berjari jari 20 m saat akan pergi ke sekolah. Jika kecepatan motor Bambang 10 m/s, maka tentukan percepatan Bambang yang menuju ke pusat lintasan!

Jawab:

Diketahui:

r = 20 m

b.v = 10 m/s

Ditanyakan: as= …?

Dijawab :𝑎𝑠 = 𝑣²/𝑟 = (10)²/20 = 5 m/s

8. Sebuah balok kecil berada di tepi meja putar yang berjari-jari 0,4 m. Mula-mula meja berputar dengan kecepatan sudut 20 rad/s. Karena mengalami percepatan maka kecepatansudutnya berubah menjadi 50 rad/s setelah bergerak selama 15 s. Berapakah percepatan tangensial balok tersebut?

Jawab :

Penyelesaian:

Untuk menghitung percepatan tangensial, kita harus mengetahui dahulu nilai percepatan anguler dari balok tersebut yaitu dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

α = (ω – ω0)/∆t

α = (50 – 20)/15

α = 2 rad/s²

maka besar percepatan tangensial yang dialami balok adalah sebagai berikut:

at = αR

at = 2 × 0,4 = 0,8 m/s²

9. Sebuah balok kecil berada di tepi meja putar yang berjari-jari 0,4 m. Mula-mula meja berputar dengan kecepatan sudut 20 rad/s. Karena mengalami percepatan maka kecepatan sudutnya berubah menjadi 50 rad/s setelah bergerak selama 15 s. Berapakah kecepatan linear awal dan akhir balok tersebut?

Jawab :

Penyelesaian:

Diketahui:

R = 0,4 m

ω0 = 20 rad/s

ω = 50 rad/s

t = 15 s.

Ditanya:

kecepatan linear awal (v0) dan kecepatan linear akhir (v)

v0 = ω0 × R

v0 = 20 × 0,4

v0 = 8 m/s

v = ω × R

v = 50 × 0,4

v = 20 m/s

10.Sebuah titik berada di tepi sebuah CD yang berjari-jari 4 cm. CD tersebut berputar di dalam CD Player dengan kecepatan sudut 3 rad/s. Tentukan percepatan sentripetal pada titik tersebut!

Jawab :

Penyelesaian:

Diketahui :

R = 4 cm = 0,04 m

ω = 3 rad/s

maka dengan menggunakan persamaan 10, percepatan sentripetal titik tersebut adalah:

as = ω²R

as = 3² × 0,04

as = 0,36 m/s² atau 36 cm/s²