Kumpulan Rumus Gaya Normal Pada Dinamika Gerak Melingkar Lengkap 2

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

#3 Rumus Gaya Normal di Titik Tengah

Ketika benda mencapai titik C atau titik seimbang, maka gaya normal N dan gaya berat w arahnya saling tegak lurus. Karena gaya berat tidak bekerja pada arah radial (berhimpit dengan jari-jari lintasan), maka gaya normal merupakan gaya tunggal yang berperan sebagai gaya sentripetal. Berdasarkan Hukum II Newton, maka persamaan gerak benda di titik ini adalah sebagai berikut.

ΣFs = mas

N = mas

N = mv2/R

Dengan demikian, besarnya gaya normal di titik tengah untuk benda yang bergerak di dalam lintasan melingkar, dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut.

N

=

mv2/R

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
m	=	Massa benda (kg)
v	=	Kecepatan linear (m/s)
R	=	Jari-jari lintasan (m)

#4 Rumus Gaya Normal di Titik Atas dengan Kemiringan Tertentu

Pada saat benda berada di titik D yang membentuk sudut θ terhadap garis vertikal, maka diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda diperlihatkan seperti pada gambar di atas. Untuk memahami konsep gerak pada titik ini, pertama gambar gaya normal yang arahnya sudah jelas menuju pusat lingkaran.

Kemudian, lukis garis gaya berat dengan arah ke bawah menuju pusat gravitasi bumi. Nah, sekarang kalian cermati gambar di atas. Apabila perpanjangan garis gaya normal dijadikan sebagai sumbu-Y dan perpanjangan garis vektor v dijadikan sebagai sumbu-X, maka gaya berat w membentuk sudut sebesarθ terhadap sumbu-Y.

Karena gaya berat w membentuk sudut tertentu, maka gaya berat w harus diproyeksikan ke sumbu-X dan sumbu-Y sesuai dengan aturan proyeksi vektor sehingga dihasilkan wX dan wY seperti yang terlihat pada gambar di atas. Tahap selanjutnya adalah kita tinjau komponen gaya-gaya yang bekerja pada arah radial atau segaris dengan jari-jari lingkaran.

Berdasarkan gambar di atas, terlihat bahwa komponen gaya yang bekerja dalam arah radial adalah gaya normal N dan proyeksi gaya berat pada sumbu-Y yang disimbolkan dengan wY. Arah N dan wY sama-sama menuju pusat lingkaran, sehingga kedua gaya ini berharga positif. Menurut Hukum II Newton, persamaan gerak benda pada titik ini adalah sebagai berikut.

ΣFs = mas

N + wY = mas

N = mas – wY 
kemudian kita lihat hubungan antara w dan wY. Dengan menggunakan konsep trigonometri, maka kita peroleh hubungan antara w dan wY sebagai berikut.

Cos θ = wY/w

wY = w cos θ

Dengan demikian, persamaan gaya normal sebelumnya dapat kita tulis ulang sebagai berikut.

N = mas – w cos θ

N = mas – mg cos θ

N = mv2/R – mg cos θ

N = m(v2/R – g cos θ)

Dengan demikian, besarnya gaya normal di titik atas dengan kemiringan tertentu untuk benda yang bergerak di dalam lintasan melingkar dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut.

N

=

m(v2/R – g cos θ)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
m	=	Massa benda (kg)
v	=	Kecepatan linear (m/s)
R	=	Jari-jari lintasan (m)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)
θ	=	Sudut kemiringan

#5 Rumus Gaya Normal di Titik Tertinggi

Ketika benda mencapai titik tertinggi, maka gaya normal N dan gaya berat w berada pada satu sumbu dan sama-sama menuju pusat lingkaran sehingga kedua gaya ini berperan sebagai gaya sentripetal positif. Pada titik ini, N merupakan gaya normal minimum (tahukah kalian apa sebabnya?). Berdasarkan Hukum II Newton, persamaan gerak benda di titik tertinggi adalah sebagai berikut.

ΣFs = mas

N + w = mas

N = mas – w

N = mas – mg

Karena as = v2/R maka 

N = mv2/R – mg

N = m(v2/R – g)

Dengan demikian, besarnya gaya normal di titik tertinggi untuk benda yang bergerak di dalam lintasan melingkar dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut.

N

=

m(v2/R – g)

Keterangan:
N	=	Gaya normal (N)
m	=	Massa benda (kg)
v	=	Kecepatan linear (m/s)
R	=	Jari-jari lintasan (m)
g	=	Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Jika kalian sudah memahami bagaimana persamaan gerak khususnya rumus gaya normal untuk benda yang bergerak di luar maupun di dalam lintasan melingkar, baik di titik terendah, titik dengan sudut kemiringan tertentu, titik tengah sampai titik teratas, mungkin sebagian dari kalian ada yang bertanya-tanya “adakah benda yang dapat bergerak melingkar satu putaran penuh tanpa jatuh ke bawah terutama saat benda mencapai titik tertinggi?”

Jawabanya adalah ada. Pernah naik roller Coaster? Jika belum setidaknya kalian pernah melihat roller Coaster di wahana bermain atau di televisi rumah kalian. Roller Coaster dapat bergerak melingkar 1 putaran penuh tanpa terjatuh terutama saat berada di titik tertinggi. Konsep yang digunakan Roller Coster agar tidak terjatuh di titik tertinggi adalah dengan menggunakan kecepatan minimum yang diturunkan dari rumus gaya normal pada titik tertinggi di atas, yaitu sebagai berikut.

ΣFs = mas

N + w = mas

N + mg = mv2/R

Syarat agar benda tidak terjatuh di titik tertinggi adalah N = 0 (nilai minimum), sehingga persamaan di atas menjadi.

mg = mv2/R

g = v2/R

v2 = gR

v = √gR

Dengan demikian, kecepatan minimum agar Roller Coaster tidak terjatuh saat di titik tertinggi adalah akar dari jari-jari lintasan dikali dengan percepatan gravitasi bumi. Sekarang tentunya kalian sudah sadar arti pentingnya belajar fisika, karena konsep fisika diterapkan dalam kehidupan kita sehari-hari terutama dalam perkembangan dunia teknologi yang dewasa ini semakin pesat.

Demikianlah artikel tentang kumpulan rumus lengkap gaya normal pada dinamika gerak melingkar beserta gambar ilustrasi dan garis-garis gayanya serta contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan dalam penulisan tanda, simbol, huruf maupun angka mohon informasikan kepada kami via Contact Us. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.

Bagian Pertama