Contoh dalam
kehidupan sehari-hari yang menerapkan gaya sentripetal pada benda yang diputar
secara vertikal yakni permainan atau wahana bianglala dan roller coaster. Kedua
permainan ini dapat kita jumpai di tempat bermain Dunia Fantasi (Dufan) Jakarta.
 |
| Wahana Bianglala. Sumber: Flickr |
Selain kedua
contoh di atas, penerapan gaya sentripetal pada benda yang diputar secara
vertikal dapat kita contohkan pada saat kita memutar-mutar sebuah kaleng bekas
dengan seutas tali.
Berbeda
dengan benda yang diputar secara horizontal dimana gaya berat tidak ikut
berpengaruh, tetapi bila sebuah benda diputar
secara vertikal maka gaya berat benda berpengaruh dalam penerapan gaya
sentripetal kecuali pada posisi horizontal saja. Di setiap titik lintasan gaya tegangan tali dapat ditentukan
besarnya. Gaya tegangan tali bernilai maksimum apabila benda berada di titik
terendah (paling bawah), dan bernilai minimum pada saat benda berada di titik
tertinggi (paling atas).
Pada saat
gaya berat (w) tegak lurus gaya tegangan tali (T) gaya sentripetal berupa gaya tegangan
tali karena gaya berat tidak memiliki proyeksi terhadap arah mendatar, seperti
gambar berikut ini.
 |
| Posisi kaleng horizontal dengan tali pada saat diputar vertikal |
Fenomena
seperti ini mirip dengan penerapan gaya sentripetal pada benda yang diputar
secara horizontal dan persamaannya pun sama (gaya sentripetal berupa gaya
tegangan tali) yakni:
Fs
= T
mv2/R
= T
v2
= RT/m
Untuk
lebih jelasnya silahkan baca postingan sebelumnya tentang penerapan gaya sentripetal pada benda yang diputar horizontal.
Apabila posisi
benda berada di titik tertinggi (paling atas) lintasan seperti ditunjukkan
gambar berikut ini.
 |
| Posisi kaleng di titik tertinggi pada saat diputar vertikal |
Gaya
berat dan tegangan tali akan sama-sama menuju pusat lingkaran, maka persamaan
gaya sentripetal akan menjadi sebagai berikut.
Fs =
ΣF
Fs =
T + w
mv2/R
= T + mg
T = mv2/R
– mg
T = m(v2/R
– g)
Sedangkan
apabila benda berada di titik terendah lintasan gaya berat akan berlawanan arah
dengan gaya tegangan tali, seperti ditunjukan gambar berikut ini.
 |
| Posisi kaleng di titi terendah |
Persamaan
gaya sentripetal akan menjadi sebagai berikut.
Fs =
ΣF
Fs
= T – w
mv2/R
= T – mg
T = mv2/R
+ mg
T = m(v2/R
+ g)
Apabila
benda berada di sembarang titik lainnya dalam lintasan melingkar dengan
membentuk sudut α terhadap garis vertikal maka gaya berat harus diuraikan
vektor gayanya, seperti gambar di bawah ini.
 |
| Posisi kaleng di titik tertentu |
Persamaan
gaya sentripetal secara umum akan menjadi sebagai berikut.
Fs =
ΣF
Fs
= T – w cos α
mv2/R
= T – mg cos α
T = mv2/R
+ mg cos α
T = m(v2/R
+ g cos α)
Bagaimana
cara menentukan kecepatan minimum dan
maksimum pada saat benda berada di titik tertinggi dan terendah? Akan
dibahas pada postingan selanjutnya. Silahkan pahami terlebih dahulu contoh soal
di bawah ini.
Contoh Soal 1
Sebuah kaleng
massanya 100 gr diikat dengan tali dan diputar sehingga lintasannya berbentuk
lingkaran vertikal dengan jari-jari 0,5 m. Jika kecepatan sudut 6 rad/s dan g =
10 m/s2, maka tentukan tegangan tali pada arah horizontal, di titik
terendah dan di titik tertinggi.
Penyelesaian:
m = 100
gr = 0,1 kg
R = 0,5 m
ω = 6
rad/s
g = 10
m/s2
Untuk
tegangan tali arah horizontal dapat menggunakan persamaan:
T = mv2/R
Ingat v =
ωR, maka:
T = mω2R
T = (0,1
kg)(6 rad/s)2(0,5 m)
T = 1,8 N
Untuk
tegangan tali di titik terendah dapat menggunakan persamaan:
T = m(v2/R
+ g)
T = m(ω2R
+ g)
T = (0,1
kg)[(6 rad/s)2(0,5 m) + (10 m/s2)]
T = 2,8 N
Untuk
tegangan tali di titik tertinggi dapat menggunakan persamaan:
T = m(v2/R
– g)
T = m(ω2R
– g)
T = (0,1
kg)[(6 rad/s)2(0,5 m) – (10 m/s2)]
T = 0,8 N
Contoh Soal 2
Sebuah kaleng
bekas dengan massa 200 gr diikat dengan tali dan diputar sehingga lintasannya berbentuk
lingkaran vertikal dengan jari-jari 0,5 m. Jika kecepatan sudut kaleng 10 rad/s
dan g = 10 m/s2, tentukan tegangan tali pada saat batu membentuk
sudut 60° terhadap jari-jari vertikal lintasan.
Penyelesaian:
m = 200
gr = 0,2 kg
R = 0,5 m
ω = 10
rad/s
g = 10
m/s2
α = 60°
Untuk
menentukan tegangan tali pada saat batu membentuk sudut α terhadap jari-jari
vertikal lintasan dapat menggunakan persamaan:
T = m(v2/R
+ g cos α)
T = m(ω2R
+ g cos α)
T = (0,2
kg)[(10 rad/s)2(0,5 m) + (10 m/s2)(cos 60)]
T = (0,2
kg)[(10 rad/s)2(0,5 m) + (10 m/s2)(0,5)]
T = 11 N
Demikian
pembahasan penerapan gaya sentripetal pada benda yang diputar secara vertikal. Mohon
maaf bila ada kata atau perhitungan yang salah dalam postingan ini. Jika ada
permasalahan dalam memahami materi ini silahkan tanyakan pada kolom komentar.
Kita pasti bisa.
0 Response to "Penerapan Gaya Sentripetal Pada Benda Diputar Vertikal"
Posting Komentar
Terima kasih sudah membaca blog ini, silahkan tinggalkan komentar dengan sopan dan tidak mengandung unsur SARA atau pornografi serta tidak ada link aktif. Mohon maaf kalau komentarnya dibalas agak lambat. Kolom komentar ini kami moderasi, jadi kalau ada komentar yang tidak sesuai dengan ketentuan tidak akan dipublikasikan.