Gaya Sentripetal
Apa pun yang bergerak melingkar terus-menerus mengubah arahnya, dan perubahan itu membutuhkan gaya yang mengarah ke pusat lingkaran. Tanpa tarikan ke dalam ini, benda itu akan terbang lurus alih-alih melengkung.
Rumus
a = v² / r
- a — percepatan sentripetal (m/s²): seberapa cepat arah benda itu berubah ke arah pusat
- v — kecepatan (m/s): seberapa cepat benda bergerak sepanjang lintasan lingkaran
- r — jari-jari (m): jarak dari benda ke pusat lingkaran
Contoh yang diselesaikan
Sebuah benda bergerak melingkar dengan jari-jari 2 meter pada kecepatan 4 meter per detik. Berapa percepatan sentripetalnya?
- v = 4 m/s
- r = 2 m
- a = v² / r
- a = (4 m/s)² / 2 m
a = 8 m/s²
Uji diri Anda
Benda yang sama kini berputar pada 8 meter per detik, masih dengan jari-jari 2 meter. Berapa percepatan sentripetalnya?
- 16 m/s²
- 8 m/s²
- Jawaban benar: 32 m/s²
Benar! Kecepatan dikuadratkan, jadi menggandakannya membuat percepatan menjadi empat kali lipat: 8² ÷ 2 = 32 m/s².
Jaga kecepatan tetap 4 meter per detik, tetapi gandakan jari-jari menjadi 4 meter. Apa yang terjadi pada percepatannya?
- Jawaban benar: 4 m/s²
- 16 m/s²
- 8 m/s²
Tepat sekali — a = v² / r: 4² ÷ 4 = 4 m/s². Menggandakan jari-jari memotong percepatan menjadi setengah.
Di mana Anda melihatnya
Mobil yang membelok kurva memerlukan gesekan antara ban dan jalan untuk menariknya ke arah pusat kurva, atau itu meluncur keluar; ember air yang diayun memerlukan ketegangan tali menarik ke dalam, atau ember terbang keluar dalam garis lurus saat lepas. Keduanya adalah gaya ke dalam yang sama, hanya disuplai oleh sesuatu yang berbeda.
Kesalahan umum
Gaya sentripetal sering digambarkan sebagai gaya nyata dan terpisah yang mendorong keluar — tidak ada gaya “sentrifugal” keluar yang bekerja pada benda itu sendiri; apa yang benar-benar terjadi adalah inersia benda sendiri mencoba pergi lurus sementara sesuatu (gesekan, ketegangan, gravitasi) menariknya ke dalam. Juga mudah berpikir bahwa kecepatan sirkular lebih cepat memerlukan secara proporsional lebih banyak gaya, tetapi a = v²/r berarti menggandakan kecepatan melipatgandakan gaya yang diperlukan, bukan menggandakannya.
Bagaimana ini terhubung
Ini adalah hukum kedua Newton lagi, diterapkan pada benda yang percepatannya selalu menunjuk ke arah pusat daripada sepanjang arah perjalanannya. Gravitasi universal, berikutnya, menyuplai gaya aktual — gravitasi — yang membuat planet dan satelit bergerak dalam orbit melingkar atau hampir melingkar yang digambarkan gaya sentripetal.