Soal dan Pembahasan | Gerak melingkar (fisika kelas 10)

Gerak melingkar merupakan salah satu materi fisika yang dipelajari di kelas 10 semester 1, oleh karena itu disini saya mencoba untuk membuat latihan soal materi gerak melingkar lengkap dengan pembahasannya secara terperinci, bisa dijadikan latihan untuk para siswa agar lebih memahami materi gerak melingkar atau referensi oleh guru dalam membuat soal ulangan. Soal yang disajikan memiliki banyak tipe soal yang diambil dari soal-soal ujian masuk atau UN sehingga cocok untuk dibuat belajar menjelang ulangan harian atau akan mengikuti tes. Selamat menikmati

Pilihan Ganda
Soal nomor 1

Sebuah CD-ROM berputar dengan kelajuan 200 rpm. Frekuensi dan periodenya adalah ....
A. 3,33 Hz dan 3 s
B. 3,33 Hz dan 0,3 s
C. 3 Hz dan 3,33 s
D. 0,3 Hz dan 3,33 s
E. 0,3 Hz dan 0,33 s
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapat diketahui
ω = 200 rpm (rotation per minute)
ubah dulu satuan kecepatan sudut di atas menjadi rad/s, dengan cara

1 rotasi (putaran) = 2π rad
1 menit = 60 s
1 rpm = 2π/60 rad/s

ω = 200 (2π / 60) rad/s
ω = 20π/3 rad/s

frekuensi (f)
ω = 2πf
20π/3 = 2π f
10/3 = f
f = 3,33 Hz (perhatikan jawaban A dan B)

periode (T)
T = 1/f
T = 1/3,33
T = 0,33 s

Soal nomor 2

Sebuah kipas angin berputar dengan kecepatan 600 rpm. Jika panjang baling-baling 20 cm, besar kecepatan sudut dan kecepatan linier baling-baling tersebut berturut-turut adalah ....
A. 30π rad/s dan 4 m/s
B. 30π rad/s dan 4π m/s
C. 20π rad/s dan 4π m/s
D. 20π rad/s dan 3 m/s
E. 20π rad/s dan 3π m/s
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 2:

Berdasarkan soal dapat diketahui
ω = 600 rpm
ω = 600 (2π/60) rad/s
ω = 20π rad/s (perhatikan jawaban C, D, dan E)
R = 20 cm
R = 0,2 m

v = ω R
v = 20π . 0,2
v = 4π m/s

Soal nomor 3

Sebuah benda yang massanya 5 kg bergerak secara beraturan dalam lintasan yang melingkar dengan kecepatan 2 m/s. bila jari-jari lingkaran itu 0,5 meter, maka:
(1) periodenya 0,5 π rad/s
(2) besar percepatan sentripetalnya 8 m/s²
(3) gaya sentripetalnya 40 N
(4) vektor kecepatan tidak tetap
Dari pernyataan di atas, yang benar adalah pernyataan ....
A. (1), (2), dan (3)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (4)
D. (4) saja
E. (1), (2), (3), dan (4)
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 3:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 5 kg
v = 2 m/s
R = 0,5 m
Tips :
Untuk mengerjakan soal tipe pernyataan seperti di atas, kita tidak harus membuktikan pernyataannya satu persatu dari atas, akan tetapi kita dapat membuktikan terlebih dahulu pernyataan yang dianggap paling mudah untuk dibuktikan (bisa dibuktikan benar atau salah) atau dengan memperhatikan pilihan jawabannya.

Pernyataan 4
Benar, karena pada gerak melingkar arah kecepatan selalu berubah sesuai dengan lintasan (menyinggung lintasan). (perhatikan pilihan B, C, D)

Pernyataan 3
F_S = m a_S
F_S = m v² / R
F_S = 5 (2)² / 0,5
F_S = 40 N (pernyataan 3 benar)
Dengan membuktikan pernyataan 3 dan 4 di atas, maka kita dapat mengetahui jawabannya adalah E

Soal nomor 4

Seseorang mengendarai sepeda sedang bergerak di jalan menikung yang berjari-jari 30 m. jika percepatan sentripetal sepeda yang dikendarai 1,2 m/s² dan gerak sepeda dianggap gerak melingkar beraturan, maka kecepatan linier sepeda adalah ....
A. 3,6 m/s
B. 6 m/s
C. 12,5 m/s
D. 25 m/s
E. 36 m/s
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 4:

Berdasarkan soal dapat diketahui
R = 30 m a_S = 1,2 m/s²

a_S = v² / R
a_S . R = v²
1,2 . 30 = v²
36 = v²
v = 6 m/s

Soal nomor 5

Sebuah mobil balap menempuh suatu lintasan melingkar dan menjaga kelajuannya tetap pada 180 km/jam. jika jari-jari lintasan adalah 25 m, percepatan yang dialami pusat mobil adalah ...
A. 25 m/s²
B. 50 m/s²
C. 75 m/s²
D. 100 m/s²
E. 125 m/s²
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 5:

Berdasarkan soal dapat diketahui
v = 180 km/jam
v = 180 . 1000/3600 m/s
v = 50 m/s
R = 25 m

a_S = v² / R
a_S = 50² / 25
a_S = 2500 / 25
a_S = 100 m/s²

Soal nomor 6

Sebuah mesin cuci memiliki dua jenis putaran, yaitu 325 rpm dan 520 rpm. Jika diameter drum (pemutar) 0,40 m, nilai perbandingan antara percepatan sentripetal siklus putaran cepat terhadap siklus putaran lambat adalah ....
A. 0,390
B. 0,625
C. 1,44
D. 1,60
E. 2,56
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 6:

Berdasarkan soal dapat dapat diketahui
ω_L = 325 rpm
ω_C = 520 rpm
R = 0,40 m
Jurus Jitu
Soal merupakan tipe perbandingan, jadi bisa dikerjakan dengan memanfaatkan cara perbandingan sebagai berikut (satuan tidak harus dijadikan SI, tapi harus sama)
a_S = ω² R
berdasarkan persamaan percepatan sentripetal di atas, kita dapat mengetahui bahwa
a_S sebanding dengan ω²
sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut

Jadi perbandingan percepatan sentripetal siklus putaran cepat dan lambar adalah 2,56

Soal nomor 7

Roda A dan B bersinggungan luar. Jari-jari roda A adalah 2 cm dan tiap menit roda A berputar 20 kali, sedangkan roda B tiap menit berputar 10 kali. Jari-jari roda B adalah....
A. 1,5 cm
B. 2,5 cm
C. 3,0 cm
D. 3,5 cm
E. 4,0 cm
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 7:

Berdasarkan soal dapat diketahui
R_A = 2 cm
n_A = 20 kali
t_A = 1 menit
n_B = 10 kali
t_A = 1 menit
R_B ... ?
Tips Soal merupakan tipe perbandingan sehingga dapat diselesaikan dengan konsep perbandingan, untuk itu Perhatikan variabel – variabel yang diketahui, variabel yang dibandingkan adalah jari-jari (R) dan jumlah putaran (n)
Untuk hubungan roda yang bersinggungan, maka besaran yang sama adalah kecepatan linier (v). sehingga berlaku
ω_A R_A = ω_B R_B ⇒ ω = 2πf
2πf_A R_A = 2πf_B R_B ⇒ f = n/t
2πn_A R_A / t = 2πn_B R_B / t ⇒ f = n/t
n_A R_A = n_B R_B
20 . 2 = 10 R_B
20 . 2 = 10 R_B
R_B = 4 cm

Soal nomor 8

Dua benda identik A dan B bergerak mengitari lingkaran-lingkaran terpisah dengan diameter sama. periode A dua kali periode B. Nilai perbandingan percepatan sentripetal pada A dan percepatan sentripetal pada B adalah ....
A. ¼
B. ½
C. 1
D. 2
E. 4
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 8:

Berdasarkan soal dapat diketahui
T_A = 2T_B
d_A = d_B
(soal tipe perbandingan)
persamaan percepatan sentripetal adalah
a_S = ω²R (ω = 2π/T)
a_S = (2π/T)² R
a_S = 4π² R / T²

dari persamaan di atas, kita dapat mengetahui bahwa
a_S berbanding terbalik dengan T²
sehingga persamaan perbandingannya dapat ditulis

Jadi perbandingan percepatan sentripetalnya adalah 1 : 4

Soal nomor 9

Dua roda masing-masing dengan jari-jari 5 cm dan 20 cm dihubungkan dengan tali seperti terlihat pada gambar di samping,

jika roda pertama (I) melakukan 17 putaran per menit, roda kedua (II) akan melakukan .... putaran per menit
A. 34
B. 51
C. 68
D. 85
E. 102
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 9:

Berdasarkan soal dapat diketahui
R_I = 20 cm
R_II = 5 cm
ω_I = 17 put/menit
ω_II = ... ?
roda yang dihubungkan dengan tali (seperti rantai sepeda) memiliki ciri kecepatan liniernya sama sehingga persamaannya adalah
ω_I R_I = ω_II R_II
17 . 20 = ω_II 5
17 . 4 = ω_II
ω_II = 68 put/menit
jadi roda kedua akan berputar sebanyak 68 kali dalam satu menit

Soal nomor 10

perhatikan gambar!

Jari-jari roda A = 30 cm, roda B = 40 cm, roda C = 25 cm, dan roda D = 50 cm. roda B berputar dengan kecepatan anguler 50 rad.s_-1, kecepatan anguler roda D adalah ....
A. 80 rad.s_-1
B. 60 rad.s_-1
C. 50 rad.s_-1
D. 40 rad.s_-1
E. 30 rad.s_-1
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 10:

Roda D dan C bersinggungan ( v_C = v_D)
Roda C dihubungkan tali dengan roda A ( v_C = v_A )
Sehingga
v_A = v_D
ω_A R_A = ω_D R_D → Roda A sepusat dengan roda B ( ω_A = ω_B )
Sehingga ω_B R_A = ω_D R_D
50 . 30 = ω_D 50
30 rad/s = ω_D

Soal nomor 11

Empat buah roda A, B, C, dan D yang masing-masing berjari-jari R_A = 9 cm, R_B = 3 cm, R_C = 50/π cm, R_D = 5 cm dihubungkan satu sama lain seperti pada gambar.

jika periode roda A sama dengan 2 sekon, kecepatan sudut roda D adalah....
A. 10 rad/s
B. 15 rad/s
C. 20 rad/s
D. 25 rad/s
E. 30 rad/s
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 11:

Untuk mengerjakan soal di atas, perhatikan alur hubungan antar roda-roda yang terbentuk, pada soal diketahui periode roda A dan ditanyakan kecepatan sudut roda D sehingga alur yang terbentuk adalah
Roda A dan roda B dihubungkan dengan tali
v_A = v_B
ω_A R_A = ω_B R_B ... (1)

roda B dan roda C sepusat
ω_B = ω_C ... (2)

roda C dan D dihubungkan dengan tali
v_C = v_D
ω_C R_C = ω_D R ... (3)

perhatikan ketiga persamaan di atas, kita dapat menghubungkan ketiganya untuk menentukan hubungan antara roda A dan roda D. substitusikan persamaan (2) ke (3) sehingga menjadi
ω_B R_C = ω_D R_D ... (5)
dengan mengubah bentuk persamaan (1) menjadi ω_B = (R_A / R_B) ω_A dan disubstitusikan ke persamaan (5) maka kita akan mendapatkan
(R_A / R_B) ω_A R_C = ω_D R_D
(R_A / R_B) (R_C / R_D) ω_A = ω_D
Persamaan di atas merupakan persamaan yang menghubungkan antara roda A (ω_A) dan roda D (ω_D) sehingga kita dapat langsung memasukkan besaran-besarannya seperti berikut ini
(R_A / R_B) (R_C / R_D) ω_A = ω_D
(R_A / R_B) (R_C / R_D) (2π / T_A) = ω_D
(9 / 3) (50 / 5π) (2π / 2) = ω_D
(3) (10 / π) (π) = ω_D
ω_D = 30 rad/s

Soal nomor 12

Roda gerigi A dan roda gerigi B dihubungkan seperti pada gambar berikut.

Jumlah gerigi A = 4 kali jumlah gerigi B. Nilai kecepatan linier roda A adalah 4 m.s^-1, maka nilai kecepatan linier pada roda B adalah ....
A. 32 m.s^-1
B. 24 m.s^-1
C. 6 m.s^-1
D. 4 m.s^-1
E. 2 m.s^-1
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 12:

Untuk dua roda yang bersinggungan, maka kecepatan linear kedua roda adalah sama.
V_B = v_A = 4m.s^-1
Jurus jitu:
Untuk hubungan roda-roda, dapat dibayangkan jika salah satu roda berputar sebanyak satu putaran, apakah roda yang lain juga berputar sebanyak satu putaran?
• Jika “YA”, maka kecepatan berputarnya (kecepatan sudutnya) sama dan kecepatan liniernya tidak sama
• Jika “TIDAK”, maka kecepatan berputarnya (kecepatan sudutnya) tidak sama dan kecepatan liniernya sama

Soal nomor 13

Berapakah percepatan seorang astronout yang sedang bekerja di sebuah stasiun ruang angkasa yang berada pada ketinggian 520 km dan mengorbit dengan kecepatan 7,6 km/s? (massa astronout 79 kg dan jari-jari Bumi 6,37 x 10⁶ m)
A. 8400 m/s
B. 840 m/s
C. 84 m/s
D. 8,4 m/s
E. 0,84 m/s
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 13:

Berdasarkan soal dapat diketahui
h = 520 km = 5,2 x 10⁵ m
v = 7,6 km/s = 7,6 x 10³ m
r = 6,37 x 10⁶ m = 63,7 x 10⁵ m
m = 79 kg
percepatan astronout dapat ditentukan dengan cara
a_S = v² / R
(R = jarak dari astronout ke pusat bumi)
a_S = v²2 / (h + r)
a_S = (7,6 x 10³)² / (5,2 x 10⁵ + 63,7 x 10⁵)
a_S = 57,76 x 10⁶ / 68,9 x 10⁵
a_S = 0,84 x 10¹
a_S = 8,4 m/s²

Soal nomor 14

Sebuah piringan berputar dengan kelajuan sudut konstan. perbandingan kelajuan linear antara dua titik A dan B jika jarak A ke pusat piringan sama dengan setengah kali jarak B ke pusat piringan adalah ....
A. ¼
B. ½
C. 1
D. 2
E. 4
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 14:

Berdasarkan soal dapat diketahui
r_A = ½ r_B
ω_A = ω_B
v_A / r_A = v_B / r_B
v_A / v_B = r_A / r_B
v_A / v_B = ½ r_B / r_B
v_A / v_B = ½

Soal nomor 15

Perhatikan gambar koin uang logam yang diletakkan di atas piringan yang berputar dengan kecepatan sudut tetap 6 rad.s^-1 berikut!

Massa koin = 0,1 kg, koefisien gesek statis = 0,40 dan percepatan gravitasi 10 m.s^-2. Jarak maksimum koin dari poros putar agar koin tersebut tetap berputar bersama piringan adalah ....
A. 6 cm
B. 10 cm
C. 11 cm
D. 16 cm
E. 25 cm
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 15:

Agar koin tetap berputar bersama piringan maka besar gaya sentripetal (F_S) sama dengan besar gaya gesek statisnya (f), sehingga

Soal nomor 16

Roda sebuah kereta api bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 18 rad/s. setelah berputar sebanyak 720 radian, roda tersebut berhenti. Perlambatan yang dialami oleh roda kereta api tersebut adalah ....
A. 4,49 rad/s²
B. 4,43 rad/s²
C. 0,46 rad/s²
D. 0,23 rad/s²
E.0,20 rad/s²
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 16:

Berdasarkan soal dapat diketahui
ω₀ = 18 rad/s
θ = 720 rad
ω = 0
cara analisis terkait dengan gerak melingkar berubah beraturan (GMBB) pada dasarnya sama dengan analisis pada gerak lurus berubah beraturan (GLBB) yang berbeda hanya simbolnya saja, sehingga soal di atas dapat diselesaikan dengan persamaan
ω² = ω₀² - 2αθ (mirip dengan v² = v₀² – 2as, pada GLBB)
(tanda negatif karena benda bergerak diperlambat)
0⁰ = 182 – 2 α 720
2 α 720 = 182
α 1440 = 324
α = 0,225
α = 0,23 rad/s²

Soal nomor 17

Sebuah benda mula-mula bergerak melingkar dengan kecepatan anguler 8 rad/s, kemudian mengalami percepatan tetap sebesar 5 rad/s². Sudut yang ditempuh benda setelah 4 sekon adalah ....
A. 72 rad
B. 60 rad
C. 54 rad
D. 24 rad
E. 12 rad
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 17:

Berdasarkan soal dapat diketahui
ω₀ = 8 rad/s
α = 5 rad/s²
t = 4 s
θ ... ?
θ = ω₀ t + ½ α t²
θ = 8 . 4 + ½ . 5 . 4²
θ = 32 + 40
θ = 72 rad

Soal nomor 18

Sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan sudut bertambah besar. Pada waktu t, sudut θ yang ditempuh oleh benda dengan kecepatan sudut ω adalah sebagai berikut

Percepatan sudut benda adalah ...
A. 4,5 rad s^-2, saat t = 6 s dan berkurang secara bertahap
B. konstan 4 rad s^-2
C. konstan 8 rad s^-2
D. 15 rad s^-2, saat t = 8 s dan bertambah dengan pertambahan tetap
E. 4,5 rad s^-2, saat t = 6 s dan bertambah secara bertahap
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 18:

Berdasarkan tabel perhatikan pada kolom waktu, selang waktunya sama yakni 2 s. selain itu berdasarkan data kecepatan sudut (ω) kita dapat mengetahui perubahan kecepatan sudut tiap 2 sekon yakni

Terjadi perubahan kecepatan sudut sebesar 8 rad/s tiap 2 sekon, artinya dalam 1 sekon terjadi perubahan kecepatan sudut sebesar 4 rad/s. perubahan kecepatan sudut dalam 1 sekon disebut dengan percepatan sudut. Jadi percepatan sudut yang dialami oleh benda adalah 4 rad/s²

Soal Uraian
Soal nomor 1

Tubuh manusia hanya mampu menahan percepatan sebesar 9 kali percepatan gravitasi bumi tanpa membahayakan diri. Pesawat menukik dengan kelajuan 756 km/jam dan oleh pilotnya kembali dibelokkan ke atas. berapakah jari-jari minimum lingkaran yang dapat ditempuh tanpa membahayakan pilotnya?

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapat diketahui
a_S = 9g (g = 10 m/s²)
a_S = 90 m/s²
v = 756 km/jam
v = 756 . 1000/3600 m/s
v = 210 m/s
sehingga jari-jari maksimumnya dapat ditentukan dengan cara
a_S = v² / R
R = v² / a_S
R = 210² / 90
R = 490 m

Soal nomor 2

Sebuah partikel P sedang bergerak pada suatu lintasan melingkar dengan jari-jari 0,6 m pada kelajuan tetap 15 m/s. tentukan waktu yang diperlukan oleh P untuk menempuh 30 putaran!

pembahasan soal nomor 2:

Berdasarkan soal dapat diketahui:
R = 0,6 m
v = 15 m/s
S = 30 putaran ( 1 putaran = keliling lingkaran = 2πr)
S = 30 . 2π . 0,6
S = 36π m
t ... ?
S = v . t
36π = 15 t
t = 2,4π s

Demikian latihan soal beserta pembahasannya tentang materi fisika gerak melingkar untuk kelas 10, sedikit yang bisa saya tuliskan ini semoga bisa memberikan manfaat bagi para pembaca sekalian. Jika berkenan bisa subscribed blog ini, atau memberikan kritik, saran dan pendapat di kolom komentar di bawah. Terima kasih