Latihan Fisika Kelas X Gerak Melingkar Beraturan (GMB)
# 8
Pilgan

Fauzi memutar bandul dengan kecepatan sudut 20 rpm. Tiba-tiba bandul tersebut mengenai adiknya seperti pada gambar di atas. Kecepatan sudutnya berubah menjadi 5 rpm berlawanan arah semula. Apabila massa bandul 100 gram dan panjang tali 20 cm, maka perbandingan kecepatan linear bandul sebelum dan sesudah mengenai kepala adik Fauzi adalah ... m/s.

A

4 : 1

B

3 : 2

C

1 : 4

D

2 : 3

E

1 : 2

Pembahasan:

Diketahui:

Kecepatan sudut bandul sebelum mengenai adik Fauzi ω1\omega_1 = 20 rpm

Kecepatan sudut bandul setelah mengenai adik Fauzi ω2\omega_2 = 5 rpm

Massa m = 100 g = 0,1 kg

Jari-jari r = 20 cm = 0,2 m

Ditanya:

Perbandingan kecepatan bandul sebelum dan sesudah mengenai adik Fauzi

v1 : v2 v_1\ :\ v_2\  = ?

Jawab:

1 rotasi = 2π\pi rad

1 menit = 60 s

ω1\omega_1 = 20 rpm = 20 rotasi/menit = 20 rotasimenit \frac{20\ \text{rotasi}}{\text{menit}\ } = (20)(2π)rad60 s \frac{\left(20\right)\left(2\pi\right)\text{rad}}{60\ \text{s}\ } =4060π\frac{40}{60}\pi rad/s = 23π\frac{2}{3}\pi rad/s

ω2\omega_2 = 5 rpm = 5 rotasi/menit = 5 rotasimenit \frac{5\ \text{rotasi}}{\text{menit}\ } = (5)(2π)rad60 s \frac{\left(5\right)\left(2\pi\right)\text{rad}}{\text{60 s}\ } = 10π60\frac{10\pi}{60} rad/s = 16π\frac{1}{6}\pi rad/s

Untuk kecepatan sudut ω\omega tertentu, kecepatan linear vv sebanding dengan jarak titik dari pusat lingkarannya rr. Jika ditulis dalam bentuk matematis, v=ωrv=\omega r. Kemudian untuk menentukan kecepatan bandul sebelum dan sesudah menganai adik Fauzi, dimana v1 v_1\ adalah kecepatan sebelum benturan dan v2 v_2\ kecepatan setelah benturan, maka persamaannya

v1v2=ω1r1ω2r2\frac{v_1}{v_2}=\frac{\omega_1r_1}{\omega_2r_2}

v1v2=23π(0,2)16π(0,2)\frac{v_1}{v_2}=\frac{\frac{2}{3}\pi\left(0,2\right)}{\frac{1}{6}\pi\left(0,2\right)}

v1v2=2316\frac{v_1}{v_2}=\frac{\frac{2}{3}}{\frac{1}{6}}

v1v2=(23)(61)\frac{v_1}{v_2}=\left(\frac{2}{3}\right)\left(\frac{6}{1}\right)

v1v2=123\frac{v_1}{v_2}=\frac{12}{3}

v1v2=41\frac{v_1}{v_2}=\frac{4}{1}

Jadi, perbandingan kecepatan linear bandul sebelum dan setelah terbentur adalah 4 : 1.