Gerak Melingkar Seragam & Gaya Sentripetal
1 · Memprediksi
Sebuah bola pada batang mengorbit pada poros pusat tetap dengan kecepatan konstan. Jika Anda meningkatkan kecepatan orbit bola sambil menjaga radiusnya tetap, apakah waktu untuk satu putaran penuh (periode) menjadi lebih lama, lebih pendek, atau tetap sama?
- Periodenya semakin lama (membutuhkan lebih banyak waktu per putaran).
- Periodenya tetap sama (kecepatan tidak mempengaruhi periode).
- Periodenya menjadi lebih pendek (waktu yang dibutuhkan per putaran lebih sedikit).
2 · Pengaturan
- Buka preset Gerakan Melingkar. Catat panjang batang (jari-jari orbit) dan massa bola, dan pastikan gravitasi tidak aktif — hanya batang yang memberikan gaya yang membelokkan lintasan.
- Pastikan probe kecepatan terpasang pada bola, dan letakkan Timer pada bola sehingga Anda dapat menghitung waktu satu putaran penuh.
- Untuk setiap percobaan di bawah ini, atur massa bola, panjang batang (radius), dan kecepatan tangensial awalnya, lalu tekan Putar dan waktu satu putaran penuh.
3 · Kumpulkan Data
| Massa m (kg) | Radius sungai (m) | Kecepatan orbitv (m/s) | Gaya sentripetal F = mv²/r (N) | Periode T (1 putaran) (s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 2.00 | 3.00 | ||
| 1.00 | 3.00 | 4.00 | ||
| 2.00 | 2.50 | 5.00 |
Grafik periode T (sumbu y) terhadap r/v (sumbu x) untuk ketiga percobaan Anda. Jelaskan bentuk garisnya.
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, tunjukkan pekerjaan Anda menghitung periode dari radius dan kecepatan yang Anda atur (T = 2 πr/v) dan bandingkan dengan pembacaan Timer di sim.
- Dari ketiga percobaan yang Anda lakukan, bagaimana peningkatan kecepatan pada radius tetap dapat mengubah periode? Bagaimana pertambahan jari-jari dengan kecepatan tetap dapat mengubah periode? Jelaskan keduanya menggunakan T = 2 πr/v.
5 · Perluas
- Prasetel ini mematikan gravitasi sehingga gerakannya benar-benar seragam. Jika gravitasi diaktifkan kembali dan tongkat masih membentuk lingkaran horizontal, apakah kecepatan bola akan tetap konstan sepanjang putaran? Mengapa atau mengapa tidak?
- Benda nyata yang mengorbit (seperti bola dengan tali yang diayunkan dengan tangan) kehilangan sedikit energi karena hambatan udara dan porosnya setiap putaran. Apakah Anda mengharapkan periode pengukurannya tetap konstan selama beberapa putaran, atau melayang — dan ke arah mana?
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Gaya Sentripetal
Gaya ke dalam yang harus disuplai oleh batang untuk menjaga bola tetap bergerak dalam lingkaran, bukan dalam garis lurus. Hal ini bergantung pada massa bola, kecepatan orbitnya (konstan), dan jari-jari lingkaran — inilah tegangan yang akan Anda rasakan pada batang pada setiap pengaturan percobaan.