Pembahasan Fisika UN: Gerak Melingkar

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Gerak Melingkar.

Soal tentang Gerak Melingkar UN 2012

Sebuah benda bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari 6 meter. Jika dalam 2 menit benda itu melakukan 16 kali putaran maka kecepatan linear benda tersebut adalah ….

A.   0,8π m/s
B.   1,0π m/s
C.   1,2π m/s
D.   1,4π m/s
E.   1,6π m/s

Pembahasan

Kecepatan anguler benda tersebut adalah 16 putaran per 2 menit. Sedangkan 1 putaran = 2π radian.


   
   

Kecepatan linear benda adalah 

v = ωR
  
   = 1,6π

Jadi, kecepatan linear benda tersebut adalah 1,6π m/s (E).

Soal tentang Gerak Melingkar UN 2011

Sebuah benda yang massanya 10 kg bergerak melingkar beraturan dengan kecepatan 4 m/s. Jika jari-jari lingkaran 0,5 meter maka:

1. frekuensi putarannya 4/π Hz
2. percepatan sentripetalnya 32 m/s²
3. gaya sentripetalnya 320 N
4. periodenya 4π s

Pernyataan yang benar adalah ….

A.   1, 2, 3, dan 4
B.   1, 2, dan 3
C.   1 dan 3
D.   2 dan 4
E.   3 dan 4

Pembahasan

Mari cek satu per satu.

Frekuensi putaran 

 v = 2πRf

   
    = 4/π Hz       (pernyataan no. 1 benar)

Percepatan sentripetal


    
     = 32 m/s²     (pernyataan no. 2 benar)

Gaya sentripetal 

F = ma_s
   = 10 . 32 N
   = 320 N            (pernyataan no. 3 benar)

Periode 

T = 1/f
   = π/4 s           (pernyataan no. 4 salah)

Jadi, pernyataan yang benar adalah nomor 1, 2, dan 3 (B).

Soal tentang Gerak Melingkar UN 2014

Sebuah benda mula-mula diam, kemudian melakukan gerak melingkar beraturan dengan kecepatan sudut 240 rpm. Jika jari-jari lingkaran 10 cm dan benda telah menempuh waktu 4 sekon maka nilai kisaran yang benar adalah ….

A.   periode putaran benda 0,5 s dan frekuensinya 2 Hz
B.   kecepatan linear benda 0,8π m/s dan kecepatan sudutnya 8π rad/s
C.   kecepatan linear benda 0,8π m/s dan jarak tempuhnya 32π m
D.   jarak tempuh benda 32 m dan percepatan benda 0,2 π m/s²
E.   percepatan benda 0,2 m/s² dan jarak tempuhnya 3,2π m

Pembahasan

Data yang diketahui pada soal: 

R = 10 cm
   = 0,1 m 

t = 4 s 

ω = 240 rpm
   = 240 putaran/menit
   = 240 . 2π rad/(60 s)
   = 8π rad/s

Sekarang kita cari nilai besaran-besar yang ada pada opsi jawaban.

Periode putaran



    
     = 0,25 s

Frekuensi 

f = 1/T
  = 1/0,25
  = 4 Hz

Kecepatan linear 

v = ωR
   = 8π . 0,1
   = 0,8π m/s

Jarak tempuh 

s = vt
   = 0,8π . 4
   = 3,2π m

Percepatan 

a = ω²R
   = (8π)².0,1
   = 6,4π²

Jadi, nilai kisaran yang benar adalah opsi (B).

Soal tentang Gerak Melingkar UN 2008

Sebuah benda bergerak dengan kelajuan konstan v melalui lintasan yang berbentuk lingkaran berjari-jari R dengan percepatan sentripetal a_s. Agar percepatan sentripetal menjadi dua kali semula maka ….

A.   v dijadikan 4 kali dan R dijadikan 2 kali
B.   v dijadikan 2 kali dan R dijadikan 4 kali
C.   v dijadikan 2 kali dan R dijadikan 2 kali
D.   v tetap dan R dijadikan 2 kali semula
E.   v dijadikan 2 kali semula dan R tetap

Pembahasan

Hubungan antara percepatan sentripetal a_s, kecepatan v, dan jari-jari R adalah



Kita periksa setiap opsi jawaban dengan menggunakan rumus percepatan sentripetal di atas.

A.   (4v)² : 2R = 8 v²/R = 8a_s
B.   (2v)² : 4R = v²/R = a_s
C.   (2v)² : 2R = 2 v²/R = 2a_s
D.   v² : 2R = ½ v²/R = ½ a_s
E.   (2v)² : R = 4 v²/R = 4a_s

Jadi, agar percepatan sentripetal menjadi 2 kali semua maka pernyataan yang tepat adalah opsi (C).

Soal tentang Gerak Melingkar UN 2013

Gambar di bawah ini memperlihatkan hubungan roda A, B, dan C.

div class="separator" style="clear: both; text-align: left;">


Jari-jari roda A sama dengan jari-jari roda B sebesar R. Sedangkan jari-jari roda C = ½ R. Bila roda A diputar dengan laju konstan 10 m/s maka kecepatan linear roda B adalah ….

A.   5 m/s
B.   10 m/s
C.   15 m/s
D.   20 m/s
E.   25 m/s

Pembahasan

Data-data pada soal: 

R_A = R_B = R
R_C = ½ R
v_A = 10 m/s

Prinsip gerak roda pada soal di atas adalah sebagai berikut:

Gerak roda satu tali mempunyai kecepatan linear yang sama. 

v_A = v_C

Gerak roda satu poros mempunyai kecepatan sudut yang sama. 

ω_B = ω_C

Nah, sekarang kita manfaat kedua prinsip tersebut. 

ω_B = ω_C

 
v_B = 20 m/s

Jadi, kecepatan linear roda B adalah 20 m/s (D).

Pembahasan soal Gerak Melingkar yang lain bisa disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 4
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 5
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 8
Pembahasan Fisika UN 2017 No. 5
Pembahasan Fisika UN 2017 No. 6
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 4
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 9

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Gerak Parabola.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.