Penjelasan Gerak Melingkar

(Ringkasan Fisika). Gerak melingkar adalah gerak yang banyak ditemukan dalam alam dan dalam pengalaman kita sehari-hari. Bumi berputar mengelilingi matahari dalam orbit yang hampir mendekati melingkar; demikian juga bulan mengelilingi bumi. Roda berputar melingkar, mobil bergerak dalam busur melingkar, jika memutari suatu sudut, dan seterusnya. Bayangkan, sebuah partikel yang bergerak dalam sebuah lingkaran dengan kelajuan konstan. Dalam pemakaian sahari-hari, kita mungkin mengatakan bahwa karena kelajuan konstan partikel tidak dipercepat. Namun, kita telah mendefenisikan percepatan sebagai laju perubahan vektor kecepatan dan bila sebuah partikel bergerak dalam suatu lingkaran, vektor kecepatannya terus-menerus berubah arah.

Newton adalah orang pertama yang mengakui akan pentingnya gerak melingkar. Ia menunjukkan bahwa jika sebuah partikel bergerak dengan kelajuan konstan v dalam lingkaran berjari-jari r, partikel tersebut mempunyai percepatan yang besarnya v2/r dan berarah ke pusat lingkaran tersebut. Percepatan ini dinamakan percepatan sentripental.

Misalkan, sebuah satelit yang bergerak dalam orbit melingkar mengelilingi bumi. Mengapa satelit ini tidak jatuh ke bumi? Jawabannya adalah bahwa tidak ada gaya gravitasi yang bekerja pada satelit. Pada ketinggian 200 km di atas permukaan bumi, gaya gravitasi yang bekerja pada satelit adalah sekitar 94 % dari gaya yang ada jika satelit itu berada di permukaan bumi. Untuk melihat hal ini, perhatikan gambar dibawah ini:
 

Pada gambar di atas, jika satelit tidak dipercepat, satelit bergerak dari titik P1 ke titik P2 dalam dalam suatu waktu t. Satelit tiba pada titik P2 dalam gerak melingkarnya. Jadi, sepertinya satelit itu "jatuh" sejauh h yang terlihat di gamba. Jika waktu t diambil sangat kecil, titik P2 dan P2 berada pada hampir satu garis radial, seperti terlihat pada gambar, dan kita dapat menggunakan pendekatan bahwa h jauh lebih kecil daripada jari-jari orbit r. (Dari gambar, kita dapat melihat bahwa makin kecil waktu t, makin pendek jarak vt, dan h akan semakin kecil untuk tiap jari-jari orbital yang diberikan). Jadi kita dapat menghitung h dari segitiga siku-siku dengan sisi vt, r, dan r + h. Karena r + h adalah sisi miring segitiga siku-siku itu, teorema Pythagoras memberikan:
(r + h)2 = (vt)2 + r2

r2 + 2hr + h2 = v2t2 + r2, atau

h(2r + h) = v2t2

Untuk waktu t yang sangat kecil, h akan jauh lebih kecil daripada r, sehingga kita dapat mengabaikan h dibandingkan dengan 2r untuk suku dalam kurung. Jadi,
  
2rh = v2t2

Dengan membandingkan hasil ini dengan persamaan percepatan konstan h = ½ at2 kita lihat bahwa besar percepatan satelit adalah:
a = v2/r (percepatan sentripental)

Arah percepatan adalah ke dalam ke arah pusat lingkaran. Seringkali lebih mudah untuk menggambarkan gerak melingkar sebuah partikel dengan kecepatan konstan dalam waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran lengkap, yang dinamakan periode T. Jika jari-jari lingkaran adalah r, partikel menempuh jarak 2pr/T selama satu periode sehingga kelajuannya dihubungkan dengan jari-jari dan periode oleh:

v = 2 phi r / T

Sekian dulu pembahasan mengenai gerak melingkar. Jenis gerak yang lain akan kita bahas pada kesempatan lain.