PERCEPATAN SENTRIPETAL: DEFINISI, RUMUS, PERHITUNGAN, LATIHAN - FISIK - 2025

The sentripetal percepatan a _c , juga disebut radial atau normal, adalah percepatan bahwa benda bergerak membawa ketika menggambarkan jalur melingkar. Besarannya adalah v ² / r, di mana r adalah jari-jari lingkaran, ia diarahkan ke pusatnya dan bertanggung jawab untuk menjaga agar ponsel tetap bergerak.

Dimensi percepatan sentripetal adalah panjang per satuan waktu kuadrat. Dalam Sistem Internasional mereka m / s ² . Jika karena alasan tertentu percepatan sentripetal menghilang, begitu pula gaya yang memaksa ponsel untuk mempertahankan jalur melingkar.

Objek yang berputar memiliki percepatan sentripetal yang diarahkan ke pusat lintasan. Sumber: Pixabay

Inilah yang terjadi pada mobil yang mencoba berbelok di lintasan es datar, di mana gesekan antara tanah dan roda tidak cukup untuk mobil berbelok. Oleh karena itu, satu-satunya kemungkinan yang tersisa adalah bergerak dalam garis lurus dan itulah mengapa ia keluar dari kurva.

Gerakan melingkar

Ketika sebuah benda bergerak dalam lingkaran, setiap saat percepatan sentripetal diarahkan secara radial menuju pusat keliling, arah yang diikuti adalah tegak lurus dengan lintasan.

Karena kecepatan selalu bersinggungan dengan lintasan, maka kecepatan dan percepatan sentripetal menjadi tegak lurus. Oleh karena itu kecepatan dan percepatan tidak selalu searah.

Dalam keadaan ini, ponsel memiliki kemungkinan untuk menggambarkan keliling dengan kecepatan konstan atau variabel. Kasus pertama dikenal sebagai Uniform Circular Movement atau MCU untuk akronimnya, kasus kedua adalah Variable Circular Movement.

Dalam kedua kasus tersebut, percepatan sentripetal bertanggung jawab untuk menjaga agar putaran bergerak, memastikan bahwa kecepatan hanya bervariasi dalam arah dan arah.

Namun, untuk memiliki Gerak Melingkar Variabel, diperlukan komponen percepatan lain yang searah dengan kecepatan, yang bertanggung jawab untuk menambah atau mengurangi kecepatan. Komponen percepatan ini dikenal sebagai percepatan tangensial.

Gerak melingkar variabel dan gerak lengkung secara umum memiliki kedua komponen percepatan tersebut, karena gerak lengkung dapat dibayangkan sebagai jalur yang melewati lintasan lengkung yang tak terhitung banyaknya.

Gaya sentripetal

Sekarang, gaya bertanggung jawab untuk memberikan percepatan. Untuk satelit yang mengorbit bumi, itu adalah gaya gravitasi. Dan karena gravitasi selalu bertindak tegak lurus terhadap lintasan, itu tidak mengubah kecepatan satelit.

Dalam kasus seperti itu, gravitasi bertindak sebagai gaya sentripetal, yang bukan merupakan gaya khusus atau terpisah, tetapi gaya yang, dalam kasus satelit, diarahkan secara radial ke arah pusat bumi.

Pada jenis gerak melingkar lainnya, misalnya mobil memutar kurva, gaya sentripetal dimainkan oleh gesekan statis dan untuk batu yang diikat ke tali yang diputar melingkar, tegangan pada tali tersebut adalah kekuatan yang memaksa ponsel berputar.

Rumus untuk percepatan sentripetal

Percepatan sentripetal dihitung dengan ekspresi:

ac = v ² / r

Diagram untuk menghitung percepatan sentripetal di ponsel dengan MCU. Sumber: Sumber: Ilevanat

Ekspresi ini akan diturunkan di bawah. Menurut definisi, percepatan adalah perubahan kecepatan dari waktu ke waktu:

Ponsel menggunakan waktu Δt dalam rute, yang kecil, karena titik-titiknya sangat dekat.

Gambar tersebut juga menunjukkan dua vektor posisi r ₁ dan r ₂ , yang modulusnya sama: jari-jari r keliling. Sudut antara dua titik tersebut adalah Δφ. Dalam warna hijau, busur yang dilalui oleh ponsel menonjol, dilambangkan sebagai Δl.

Pada gambar di sebelah kanan, Anda melihat bahwa besar Δv , perubahan kecepatan, secara kasar sebanding dengan Δl, karena sudut Δφ kecil. Namun perubahan kecepatan justru berkaitan dengan percepatan. Dari segitiga tersebut dapat dilihat, dengan menjumlahkan vektor-vektor yang:

v ₁ + Δ v = v ₂ → Δ v = v ₂ - v ₁

Δ v menarik karena sebanding dengan percepatan sentripetal. Dapat dilihat dari gambar bahwa karena sudut Δφ kecil, vektor Δ v pada dasarnya tegak lurus terhadap v ₁ dan v ₂ dan menunjuk ke pusat keliling.

Meskipun hingga saat ini vektor disorot dengan huruf tebal, untuk efek sifat geometris yang mengikutinya, kami bekerja dengan modul atau besaran vektor ini, tanpa menggunakan notasi vektor.

Sesuatu yang lain: Anda perlu memanfaatkan definisi sudut pusat, yaitu:

Δ φ = Δ l / r

Sekarang kedua gambar tersebut dibandingkan, yang sebanding karena sudut Δ φ sama:

Membagi dengan Δt:

a _c = v ² / r

Latihan diselesaikan

Sebuah partikel bergerak membentuk lingkaran dengan radius 2,70 m. Pada saat tertentu percepatannya 1,05 m / s ² ke arah yang membentuk sudut 32,0º dengan arah pergerakan. Hitung kecepatan Anda:

a) Pada saat itu

b) 2.00 detik kemudian, dengan asumsi percepatan tangensial konstan.

Balasan

Ini adalah gerakan melingkar yang bervariasi, karena pernyataan tersebut menunjukkan bahwa percepatan memiliki sudut tertentu dengan arah gerakan yang bukan 0º (tidak boleh berupa gerakan melingkar) atau 90º (gerakan melingkar yang seragam).

Oleh karena itu, dua komponen -radial dan tangensial- hidup berdampingan. Mereka akan dilambangkan sebagai a _c dan _t dan digambar pada gambar berikut. Vektor berwarna hijau adalah vektor percepatan bersih atau hanya percepatan a.

Sebuah partikel bergerak dalam jalur melingkar berlawanan arah jarum jam dan gerakan melingkar yang bervariasi. Sumber: commons.wikimedia.org

a) Perhitungan komponen percepatan

a _c = a.cos θ = 1,05 m / s ² . cos 32.0º = 0.89 m / s ² (merah)

a _t = a. sin θ = 1,05 m / s ² . sin 32.0º = 0.57 m / s ² (oranye)

Perhitungan kecepatan ponsel

Karena a _c = v ² / r, maka:

v = v _atau + a _t . t = 1,6 m / s + (0,57 x 2) m / s = 2,74 m / s

Referensi

1. Giancoli, D. Fisika. 2006. Prinsip dengan Aplikasi. Edisi Keenam. Prentice Hall. 107-108.
2. Hewitt, Paul. 2012. Ilmu Fisika Konseptual. Edisi Kelima. Pearson.106 - 108.