Gerak melingkar dijelaskan: rumus, contoh, dan kesalahan umum

Gerak melingkar adalah apa yang terjadi ketika sebuah benda bergerak sepanjang lingkaran. Pada gerak melingkar beraturan, besar kelajuannya tetap, tetapi arahnya berubah terus. Jadi benda itu dipercepat menuju pusat sebesar v^2/r, dan itu memerlukan gaya total ke dalam sebesar mv^2/r. Di bawah ini: rumus, tiga contoh terselesaikan, dan kesalahan umum.

Poin utama

• Kelajuan tetap, tetapi kecepatan tidak. Benda dipercepat menuju pusat.
• Kecepatan sudut: ω = 2π/T. Kelajuan linear: v = ωr.
• Percepatan sentripetal: a = v^2/r = ω^2 r. Gaya sentripetal: F = mv^2/r = mω^2 r.
• Gaya sentripetal bukan gaya baru. Tegangan, gesekan, gravitasi, atau gaya normal yang menyediakannya.
• Tikungan miring tanpa gesekan: tan θ = v^2/(rg). Di puncak lingkaran tegak: v_min = √(gr).
• Tidak ada «gaya sentrifugal» dalam kerangka inersia. Jangan pernah menggambarnya.

Apa itu gerak melingkar dalam fisika?

Jawaban singkat: Gerak melingkar adalah gerak sepanjang lintasan berbentuk lingkaran. Jika kelajuannya tetap, itu gerak melingkar beraturan. Kecepatannya tetap berubah karena arahnya berubah, jadi ada percepatan sebesar v^2/r menuju pusat. Gaya total sebesar mv^2/r harus bekerja ke dalam, disediakan oleh gaya nyata seperti tegangan, gesekan, atau gravitasi.

Putarlah bola yang terikat tali, lalu lepaskan. Ia terbang menyinggung lingkaran, bukan ke luar. Tali itu menariknya ke dalam sepanjang waktu. Tanpa tarikan itu ia akan bergerak lurus, seperti kata hukum pertama Newton.

Apa itu perpindahan sudut dan kecepatan sudut?

Perpindahan sudut (θ) adalah sudut yang ditempuh, dalam radian. Satu putaran adalah 2π rad, dan panjang busur s = rθ.

Kecepatan sudut (ω) adalah sudut per sekon, dalam rad/s: ω = 2π/T = 2πf, dengan T periode dan f = 1/T.

Kelajuan linear menghubungkan keduanya: v = ωr. Setiap titik pada cakram yang berputar punya ω yang sama, tetapi titik yang lebih luar bergerak lebih cepat.

Rumus gerak melingkar: tabelnya

Rumus-rumus inti gerak melingkar dalam satu kartu.

Besaran	Rumus	Satuan
Perpindahan sudut	θ = s/r	rad
Periode dan frekuensi	T = 1/f	s, Hz
Kecepatan sudut	ω = 2π/T = 2πf	rad/s
Kelajuan linear	v = ωr = 2πr/T	m/s
Percepatan sentripetal	a = v^2/r = ω^2 r	m/s^2
Gaya sentripetal	F = mv^2/r = mω^2 r	N
Jalan datar, kelajuan maksimum	v = √(μrg)	m/s
Tikungan miring, tanpa gesekan	tan θ = v^2/(rg)	tidak ada
Puncak lingkaran tegak, kelajuan minimum	v = √(gr)	m/s

Selalu pakai radian dalam rumus yang memuat ω.

Mengapa ada percepatan jika kelajuannya tetap?

Kecepatan adalah vektor, jadi perubahan arah adalah perubahan kecepatan. Pada lingkaran, perubahan itu selalu menunjuk ke pusat, karena itu percepatannya disebut sentripetal («mencari pusat»). Besarnya a = v^2/r = ω^2 r. Lipat duakan kelajuannya, dan percepatan menjadi empat kali.

Apa yang menyediakan gaya sentripetal?

Hukum kedua Newton mengatakan gaya total ke dalam harus F = mv^2/r. Itu sebuah tugas, bukan gaya baru. Gaya nyata yang mengerjakannya:

Keadaan	Gaya yang menyediakannya
Bola diputar pada tali (mendatar)	Tegangan
Mobil menikung di jalan datar	Gesekan statis dari jalan
Bulan atau satelit di orbit	Gravitasi
Mobil di tikungan miring	Komponen mendatar gaya normal (ditambah gesekan, bila ada)
Penumpang di dasar lintasan lingkar	Gaya normal dikurangi berat
Ayunan kerucut	Komponen mendatar tegangan

Jalan datar: gesekan harus menyediakan mv^2/r, jadi v_max = √(μrg). Dengan μ = 0,60, r = 40 m, dan g = 9,8 m/s^2, v_max = √235,2 ≈ 15,3 m/s.

Contoh terselesaikan dengan pengerjaan lengkap

Pakai g = 9,8 m/s^2.

Contoh 1: cakram pada tali

Cakram 0,20 kg bergerak di meja udara tanpa gesekan, terikat pada tali 0,50 m. Ia membuat 2,0 putaran per sekon. Cari ω, v, a, dan tegangannya.

Contoh 1 diselesaikan selangkah demi selangkah.

1. Periode: f = 2,0 Hz, jadi T = 1/f = 0,50 s.
2. Kecepatan sudut: ω = 2π/T = 2π/0,50 = 4π ≈ 12,6 rad/s.
3. Kelajuan linear: v = ωr = 4π x 0,50 = 2π ≈ 6,28 m/s.
4. Percepatan sentripetal: a = ω^2 r = (4π)^2 x 0,50 = 8π^2 ≈ 79,0 m/s^2.
5. Tegangan: F = ma = 0,20 x 78,96 ≈ 15,8 N, menunjuk ke pusat.

Pemeriksaan: v^2/r = 6,283^2/0,50 ≈ 79,0 m/s^2.

Contoh 2: tikungan miring tanpa gesekan

Sebuah tikungan jalan berjari-jari 50 m. Ia dirancang agar mobil pada 15 m/s tidak memerlukan gesekan. Cari sudut kemiringannya.

1. Gambar dua gaya: berat mg ke bawah dan gaya normal N tegak lurus jalan.
2. Tegak: N cos θ = mg (tidak ada percepatan tegak).
3. Mendatar: N sin θ = mv^2/r (inilah yang menyediakan gaya sentripetal).
4. Bagi: tan θ = v^2/(rg) = 15^2/(50 x 9,8) = 225/490 ≈ 0,459.
5. θ = tan⁻¹(0,459) ≈ 24,7°.

Massanya saling menghapus. NCERT Fisika kelas 11, Bab 4 menurunkan hasil ini dan juga kasus dengan gesekan.

Contoh 3: timba pada lingkaran tegak

Timba berisi air 1,5 kg diputar pada lingkaran tegak berjari-jari 0,80 m. (a) Berapa kelajuan minimum di puncak? (b) Di dasar ia bergerak 6,0 m/s. Berapa tegangan di sana?

(a) Di puncak: pada kelajuan minimum, gravitasi sendirian menyediakan gaya sentripetal (tegangannya nol).

1. mg = mv^2/r, jadi v^2 = gr.
2. v_min = √(gr) = √(9,8 x 0,80) = √7,84 = 2,8 m/s.

(b) Di dasar: tegangan menunjuk ke atas (ke pusat) dan berat menunjuk ke bawah.

1. T − mg = mv^2/r.
2. v^2/r = 6,0^2/0,80 = 45 m/s^2.
3. T = m(g + v^2/r) = 1,5 x (9,8 + 45) = 82,2 N.

Itu jauh lebih besar daripada beratnya (14,7 N), sebab itu tali cenderung putus di dasar.

Ingin mentor memeriksa diagram gaya Anda? Pesan kelas percobaan gratis.

Bagaimana menyelesaikan soal gerak melingkar apa pun?

Metode enam langkah yang berlaku untuk tali, mobil, lintasan lingkar, dan orbit.

1. Cari pusat dan jari-jari lingkaran yang sebenarnya.
2. Gambar diagram gaya dengan gaya nyata saja.
3. Ambil «menuju pusat» sebagai positif dan uraikan gaya-gayanya.
4. Tulis F_total ke dalam = mv^2/r (atau mω^2 r).
5. Tambahkan persamaan kedua bila perlu, misalnya keseimbangan tegak.
6. Selesaikan dan periksa satuannya serta besarannya.

Gagasannya sama seperti pada gerak parabola: pisahkan gaya menurut arahnya.

Kesalahan umum pada gerak melingkar

Enam kesalahan yang memakan nilai pada soal gerak melingkar.

1. Menggambar «gaya sentrifugal». Ia tidak ada dalam kerangka inersia. «Dorongan» ke luar di mobil yang menikung adalah tubuh Anda yang hendak terus lurus.
2. Mengatakan kecepatannya tetap. Hanya kelajuannya yang tetap. Kecepatan berubah arah, jadi ada percepatan.
3. Menambahkan «gaya sentripetal» sebagai anak panah tambahan. Ia ADALAH gaya total ke dalam, tersusun dari gaya nyata yang sudah Anda gambar.
4. Memakai derajat dalam ω = 2π/T. Pakai radian.
5. Memakai diameter bukan jari-jari.
6. Tanda yang salah pada lingkaran tegak. Di puncak, berat menunjuk ke pusat. Di dasar, ia menunjuk menjauh.

Di mana gerak melingkar berada dalam silabus Anda?

• AP Physics 1: Topik 2.9 Circular Motion dalam Unit 2 (18-23 % dari nilai pilihan ganda); ω dan v = ωr muncul di Unit 5. Course and Exam Description (berlaku sejak musim gugur 2024) mencantumkan a = v^2/r dan v = √(gr) di puncak lintasan lingkar. Tikungan miring bersifat kuantitatif hanya bila gesekan tidak diperlukan. Lihat panduan ujian AP Physics 1. kami.
• AQA A-level: Bagian 3.6.1.1 (khusus A-level) dari spesifikasi 7408 mencantumkan ω = v/r = 2πf, a = v^2/r = ω^2 r, dan F = mv^2/r = mω^2 r. Penurunan rumus percepatan «tidak akan diujikan». Lihat panduan Fisika A-level. kami.
• JEE Main dan NEET: Adapun silabus JEE Main 2026 (yang terbaru diterbitkan; 2027 belum diumumkan) mencantumkan «vehicle on a level circular road, vehicle on a banked road» dan «motion in a vertical circle». NCERT kelas 11 membahasnya di Bagian 3.10 dan 4.10. Lihat panduan JEE Main 2027. kami.
• IB dan GCSE: Periksa panduan kursus Anda sendiri. Siswa GCSE dapat memakai halaman ini sebagai bacaan tambahan.

Rencana latihan 2 minggu untuk gerak melingkar

1. Hari 1-3: ω = 2π/T dan v = ωr. Ubah rpm menjadi rad/s.
2. Hari 4-5: a = v^2/r dan F = mv^2/r pada tali dan meja putar.
3. Hari 6-7: diagram gaya saja. Sebutkan gaya ke dalam setiap kali.
4. Hari 8-9: jalan datar dan tikungan miring. Kerjakan ulang Contoh 2 dari ingatan.
5. Hari 10-11: lingkaran tegak, puncak dan dasar.
6. Hari 12-14: soal ujian lampau dewan Anda, dengan waktu. Golongkan setiap kesalahan: diagram, rumus, aljabar, atau satuan.

Bagaimana les privat satu lawan satu membantu pada gerak melingkar

Nilai yang hilang kebanyakan datang dari diagram gaya, bukan dari rumus. Di Asymptode, satu siswa bekerja langsung secara daring dengan satu mentor tetap. Tanpa kelompok. Mentor mengamati setiap langkah dan menangkap anak panah «sentrifugal» atau tanda yang salah di dasar lintasan lingkar, lalu membetulkan metodenya. Kelas mengikuti silabus dan tanggal ujian Anda sendiri: AP Physics 1, AQA A-level, IB, atau JEE. Anda mendapat pekerjaan rumah yang disesuaikan tentang tikungan miring dan lingkaran tegak, beserta umpan baliknya. Waktunya lentur melintasi zona waktu, setiap kelas direkam, dan orang tua menerima kabar singkat.

Siap menguasai gerak melingkar? Pesan kelas percobaan gratis atau lihat biayanya.

Fakta diperiksa terhadap sumber resmi pada 27 Oktober 2026.

Panduan terkait di Asymptode

• Tiga hukum Newton dijelaskan
• Gerak parabola dijelaskan
• Panduan ujian AP Physics 1
• Panduan Fisika A-level
• Panduan JEE Main 2027

Tanya jawab

Apa rumus gerak melingkar?

ω = 2π/T, v = ωr, a = v^2/r = ω^2 r, dan F = mv^2/r, semuanya menunjuk ke pusat.

Apakah gaya sentripetal gaya nyata?

Ia adalah nama bagi gaya total ke dalam, bukan gaya terpisah. Tegangan, gesekan, gravitasi, atau gaya normal yang menyediakannya.

Apakah gaya sentrifugal ada?

Tidak dalam kerangka inersia (yang tidak berputar), yang dipakai dalam fisika sekolah. Rasa terdorong ke luar di mobil yang menikung itu inersia.

Berapa kelajuan minimum di puncak lingkaran tegak?

Untuk benda pada tali, v = √(gr). Pada kelajuan itu gravitasi sendirian menyediakan gaya sentripetal dan tegangannya nol. Untuk r = 0,80 m, kelajuan minimumnya 2,8 m/s.

Apakah massa memengaruhi sudut tikungan miring?

Tidak. Untuk tikungan miring tanpa gesekan, tan θ = v^2/(rg). Massanya saling menghapus, jadi setiap kendaraan pada kelajuan rancangan memerlukan sudut yang sama.

Sumber

1. College Board: AP Physics 1 Course and Exam Description (Topik 2.9 Circular Motion)
2. AQA: spesifikasi Fisika A-level 7408, 3.6 Further mechanics and thermal physics
3. NTA: halaman silabus JEE (Main)
4. NTA: Silabus JEE (Main) 2026 (PDF)
5. NCERT: buku Fisika kelas 11 Bagian 1
6. NCERT: Fisika kelas 11 Bab 3, Motion in a Plane (PDF)
7. NCERT: Fisika kelas 11 Bab 4, Laws of Motion (PDF)