Gerak melingkar merupakan salah satu jenis gerak yang umum dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu bentuk khusus dari gerak melingkar adalah gerak melingkar berubah beraturan, yang memiliki karakteristik unik dan aplikasi yang luas. Dalam artikel ini, kita akan mengeksplorasi konsep gerak melingkar berubah beraturan, persamaan yang mendasarinya, faktor penyebabnya, dan berbagai contoh aplikasinya.

Gerak melingkar berubah beraturan adalah gerak melingkar yang kecepatan sudutnya berubah secara konstan terhadap waktu. Benda yang bergerak dengan cara ini akan bergerak pada lintasan melingkar dengan kecepatan yang terus berubah, baik bertambah maupun berkurang.

Pengertian Gerak Melingkar Berubah Beraturan

Gerak melingkar berubah beraturan (GMBB) adalah gerak melingkar yang percepatan sentripetalnya berubah secara beraturan terhadap waktu. Dengan kata lain, GMBB adalah gerak melingkar yang kecepatan sudutnya berubah secara beraturan.Contoh konkret GMBB dapat dilihat pada gerak jarum jam. Jarum jam bergerak melingkar dengan kecepatan sudut yang berubah secara beraturan.

Saat jarum jam bergerak dari angka 12 ke angka 3, kecepatan sudutnya meningkat. Saat jarum jam bergerak dari angka 3 ke angka 6, kecepatan sudutnya berkurang.

Persamaan Gerak Melingkar Berubah Beraturan

Gerak melingkar berubah beraturan adalah gerak melingkar dengan percepatan sentripetal yang berubah terhadap waktu. Persamaan yang menggambarkan gerak ini adalah:

a _c = ω’r

dengan:

• a_c: percepatan sentripetal (m/s²)
• ω: kecepatan sudut (rad/s)
• ω’: percepatan sudut (rad/s²)
• r: jari-jari lingkaran (m)

Penyebab Gerak Melingkar Berubah Beraturan

Gerak melingkar berubah beraturan terjadi ketika kecepatan sudut benda yang bergerak melingkar berubah secara konstan terhadap waktu. Penyebab perubahan kecepatan sudut ini adalah adanya gaya-gaya yang bekerja pada benda.

Faktor Penyebab

Terdapat dua faktor utama yang menyebabkan gerak melingkar berubah beraturan, yaitu:

• Gaya Sentripetal: Gaya yang arahnya selalu menuju pusat lingkaran dan besarnya berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan sudut. Gaya sentripetal menjaga benda agar tetap bergerak melingkar.
• Gaya Sentrifugal: Gaya yang arahnya selalu menjauhi pusat lingkaran dan besarnya berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan sudut. Gaya sentrifugal merupakan gaya semu yang timbul akibat perubahan kecepatan sudut.

Interaksi antara gaya sentripetal dan gaya sentrifugal menentukan apakah benda akan mengalami percepatan sentripetal (bertambah kecepatan sudut) atau percepatan sentrifugal (berkurang kecepatan sudut).

Aplikasi Gerak Melingkar Berubah Beraturan

Gerak melingkar berubah beraturan memiliki berbagai aplikasi dalam kehidupan sehari-hari. Prinsip dasar yang mendasari aplikasi ini adalah percepatan sentripetal, yang menjaga benda bergerak dalam lintasan melingkar.

Contoh Aplikasi

• Pengering pakaian: Silinder pengering pakaian berputar dengan kecepatan sudut yang berubah-ubah, memberikan percepatan sentripetal pada pakaian, sehingga air terlempar keluar.
• Sentrifuse laboratorium: Sentrifuse digunakan untuk memisahkan partikel berdasarkan densitasnya. Rotor sentrifuse berputar dengan kecepatan tinggi, menghasilkan percepatan sentripetal yang memaksa partikel yang lebih padat ke tepi tabung.
• Roller coaster: Mobil roller coaster bergerak pada lintasan melingkar dengan kecepatan berubah-ubah. Percepatan sentripetal disediakan oleh gaya gravitasi dan gaya normal dari lintasan.
• Mobil yang menikung: Saat mobil menikung, roda bagian dalam bergerak lebih lambat daripada roda bagian luar, sehingga menghasilkan percepatan sentripetal yang membuat mobil tetap berada pada lintasannya.

Prosedur Eksperimen Gerak Melingkar Berubah Beraturan

Untuk mengamati dan mengukur gerak melingkar berubah beraturan, dapat dilakukan eksperimen dengan langkah-langkah berikut.

Peralatan yang Diperlukan:

• Bola dengan massa tertentu
• Tali atau benang
• Penggaris atau meteran
• Stopwatch

Langkah-langkah Eksperimen:

1. Ikatkan bola pada tali dan gantungkan pada titik tetap.
2. Tarik bola ke samping sehingga membentuk sudut tertentu terhadap vertikal.
3. Lepaskan bola dan ukur waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu putaran penuh.
4. Ulangi langkah 3 untuk sudut yang berbeda.
5. Ukur jarak vertikal bola dari titik gantung pada setiap sudut.
6. Hitung percepatan sentripetal dan percepatan tangensial untuk setiap sudut menggunakan rumus yang sesuai.
7. Plot grafik percepatan sentripetal dan percepatan tangensial terhadap sudut.

Pembahasan Hasil Eksperimen

Hasil eksperimen disajikan dalam tabel berikut:

Waktu (s)	Sudut Putar (rad)
0	0
1	π/6
2	π/3
3	π/2
4	2π/3
5	5π/6
6	π

Dari tabel tersebut, dapat dilihat bahwa sudut putar berubah secara linier terhadap waktu. Hal ini menunjukkan bahwa benda mengalami gerak melingkar berubah beraturan.

Grafik Sudut Putar vs Waktu

Grafik sudut putar terhadap waktu dapat digambarkan sebagai berikut:

Dari grafik tersebut, dapat dilihat bahwa grafik merupakan garis lurus yang melalui titik asal. Hal ini semakin memperkuat kesimpulan bahwa benda mengalami gerak melingkar berubah beraturan.

Perhitungan Kecepatan Sudut

Kecepatan sudut dapat dihitung menggunakan rumus:

ω = Δθ/Δt

di mana:

• ω adalah kecepatan sudut (rad/s)
• Δθ adalah perubahan sudut (rad)
• Δt adalah perubahan waktu (s)

Dari data eksperimen, dapat dihitung kecepatan sudut rata-rata sebagai berikut:

ω = (π

• 0) / (6
• 0) = π/6 rad/s

Hasil ini menunjukkan bahwa benda bergerak dengan kecepatan sudut konstan sebesar π/6 rad/s.

Perhitungan Percepatan Sudut

Percepatan sudut dapat dihitung menggunakan rumus:

α = Δω/Δt

di mana:

• α adalah percepatan sudut (rad/s²)
• Δω adalah perubahan kecepatan sudut (rad/s)
• Δt adalah perubahan waktu (s)

Dari data eksperimen, dapat dihitung percepatan sudut sebagai berikut:

α = (π/6

• 0) / (6
• 0) = π/36 rad/s²

Hasil ini menunjukkan bahwa benda mengalami percepatan sudut konstan sebesar π/36 rad/s².

Pemungkas

Gerak melingkar berubah beraturan merupakan fenomena yang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Dari permainan anak-anak seperti ayunan hingga teknologi canggih seperti turbin angin, gerak ini memiliki peran penting dalam berbagai bidang. Memahami konsep dan persamaan yang mendasarinya sangat penting untuk menganalisis dan memprediksi perilaku benda yang bergerak dengan cara ini.

Sudut Pertanyaan Umum (FAQ)

Apa perbedaan antara gerak melingkar beraturan dan gerak melingkar berubah beraturan?

Pada gerak melingkar beraturan, kecepatan sudut benda konstan, sedangkan pada gerak melingkar berubah beraturan, kecepatan sudut benda berubah secara konstan terhadap waktu.

Apa yang menyebabkan benda bergerak melingkar berubah beraturan?

Gaya sentripetal yang tidak searah dengan kecepatan benda menyebabkan benda bergerak melingkar berubah beraturan.

Berikan contoh aplikasi gerak melingkar berubah beraturan dalam kehidupan sehari-hari.

Beberapa contoh aplikasi gerak melingkar berubah beraturan antara lain ayunan, komidi putar, dan turbin angin.