APA KECEPATAN LINIER? (DENGAN LATIHAN TERSELESAIKAN) - FISIK - 2025

The kecepatan linear didefinisikan sebagai sesuatu yang selalu tangensial ke jalan diikuti oleh partikel, terlepas dari bentuknya ini. Jika partikel selalu bergerak dalam lintasan bujursangkar, tidak ada masalah dalam membayangkan bagaimana vektor kecepatan mengikuti garis lurus ini.

Namun, secara umum pergerakan dilakukan pada kurva yang bentuknya sewenang-wenang. Setiap bagian dari kurva dapat dimodelkan seolah-olah merupakan bagian dari lingkaran dengan jari-jari a, yang pada setiap titik bersinggungan dengan jalur yang diikuti.

Gambar 1. Kecepatan linier dalam sebuah ponsel yang menggambarkan lintasan lengkung. Sumber: buatan sendiri.

Dalam hal ini, kecepatan linier mengikuti kurva secara tangensial dan sepanjang waktu pada setiap titiknya.

Secara matematis kecepatan linier sesaat adalah turunan dari posisi terhadap waktu. Misalkan r adalah vektor posisi partikel pada saat t, maka kecepatan linier diberikan oleh pernyataan:

v = r '(t) = d r / dt

Artinya kecepatan linier atau kecepatan tangensial, demikian juga sering disebut, tidak lain adalah perubahan posisi terhadap waktu.

Kecepatan linier dalam gerakan melingkar

Ketika gerakan berada di lingkaran, kita dapat pergi ke samping partikel di setiap titik dan melihat apa yang terjadi dalam dua arah yang sangat khusus: salah satunya adalah yang selalu mengarah ke pusat. Ini adalah arah radial.

Arah penting lainnya adalah yang melewati keliling, ini adalah arah tangensial dan kecepatan linier selalu memilikinya.

Gambar 2. Gerak melingkar yang seragam: vektor kecepatan berubah arah dan indra saat partikel berputar, tetapi besarnya sama. Sumber: Asli oleh Pengguna: Brews_ohare, SVG oleh Pengguna: Sjlegg.

Dalam kasus gerakan melingkar yang seragam, penting untuk disadari bahwa kecepatannya tidak konstan, karena vektor berubah arah saat partikel berputar, tetapi modulusnya (ukuran vektor), yaitu kecepatan, ya itu tetap tidak berubah.

Untuk pergerakan ini, posisi sebagai fungsi waktu diberikan oleh s (t), di mana s adalah busur yang ditempuh dan t adalah waktu. Dalam hal ini kecepatan sesaat diberikan oleh ekspresi v = ds / dt dan konstan.

Jika besarnya kecepatan juga bervariasi (kita sudah tahu bahwa arahnya selalu begitu, jika tidak, ponsel tidak bisa berbelok), kita dihadapkan pada gerakan melingkar yang bervariasi, di mana ponsel selain berbelok, bisa mengerem atau mempercepat.

Kecepatan linier, kecepatan sudut, dan percepatan sentripetal

Gerakan partikel juga dapat dilihat dari sudut pandang sudut sapuan, bukan dari busur yang dilalui. Dalam hal ini kita berbicara tentang kecepatan sudut. Untuk gerakan pada lingkaran dengan jari-jari R, ada hubungan antara busur (dalam radian) dan sudut:

Menurunkan sehubungan dengan waktu di kedua sisi:

Memanggil turunan dari θ sehubungan dengan t sebagai kecepatan sudut dan menunjukkannya dengan huruf Yunani ω "omega", kita memiliki hubungan ini:

Percepatan sentripetal

Semua gerak melingkar memiliki percepatan sentripetal yang selalu diarahkan ke tengah lingkaran. Dia memastikan bahwa kecepatan berubah untuk bergerak dengan partikel saat berputar.

Percepatan sentripetal ke _c atau ke _R selalu menunjuk ke pusat (lihat gambar 2) dan terkait dengan kecepatan linier sebagai berikut:

a _c = v ² / R

Dan dengan kecepatan sudut sebagai:

Untuk gerakan melingkar yang seragam, posisi s (t) berbentuk:

Selain itu, gerak melingkar yang bervariasi harus memiliki komponen percepatan yang disebut percepatan tangensial pada _T , yang berkaitan dengan perubahan besar kecepatan linier. Jika _T konstan, posisinya adalah:

Dengan v _o sebagai kecepatan awal.

Gambar 3. Gerak melingkar tidak seragam. Sumber: Nonuniform_circular_motion.PNG: Membuat karya turunan: Jonas De Kooning.

Menyelesaikan soal kecepatan linier

Latihan yang diselesaikan membantu menjelaskan penggunaan yang tepat dari konsep dan persamaan yang diberikan di atas.

-Latihan terselesaikan 1

Serangga bergerak pada setengah lingkaran dengan jari-jari R = 2 m, dimulai dari diam di titik A sambil meningkatkan kecepatan liniernya, dengan laju pm / s ² . Tentukan: a) Setelah berapa lama mencapai titik B, b) Vektor kecepatan linier saat itu, c) Vektor percepatan saat itu juga.

Gambar 4. Serangga mulai dari A dan mencapai B melalui jalur setengah lingkaran. Ini memiliki kecepatan linier. Sumber: buatan sendiri.

Larutan

a) Pernyataan tersebut menunjukkan bahwa percepatan tangensial adalah konstan dan sama dengan π m / s ² , maka persamaan untuk gerak variatif seragam berlaku:

Dengan s _o = 0 dan v _o = 0:

b) v (t) = v _atau + untuk _T . t = 2π m / s

Ketika di titik B, vektor kecepatan linier menunjuk ke arah vertikal ke bawah ke arah (- y ):

v (t) = 2π m / s (- y )

c) Kita sudah mendapatkan percepatan tangensial, percepatan sentripetal tidak ada untuk memiliki vektor kecepatan a :

a = a _c (- x ) + a _T (- y ) = 2π ² (- x ) + π (- y ) m / s ²

-Latihan terselesaikan 2

Sebuah partikel berputar dalam lingkaran dengan radius 2,90 m. Pada saat tertentu, percepatannya 1,05 m / s ² searah sehingga membentuk 32º dengan arah geraknya. Tentukan kecepatan liniernya pada: a) Saat ini, b) 2 detik kemudian, asumsikan percepatan tangensial konstan.

Larutan

a) Arah pergerakannya persis dengan arah tangensial:

pada _T = 1,05 m / s ² . cos 32º = 0,89 m / s ² ; a _C = 1,05 m / s ² . sin 32º = 0,56 m / s ²

Kecepatan diselesaikan dari a _c = v ² / R sebagai:

b) Persamaan berikut ini berlaku untuk variasi gerakan yang seragam: v = v _o + a _T t = 1.27 + 0.89 .2 ² m / s = 4.83 m / s

Referensi

1. Bauer, W. 2011. Fisika untuk Teknik dan Sains. Jilid 1. Mc Graw Hill. 84-88.
2. Figueroa, D. Seri Fisika untuk Sains dan Teknik. Jilid ke-3. Edisi. Kinematika. 199-232.
3. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. 6 ^th .. Ed Prentice Hall. 62-64.
4. Gerakan relatif. Diperoleh dari: course.lumenlearning.com
5. Wilson, J. 2011. Fisika 10. Pendidikan Pearson. 166-168.