Isi
Dalam masalah yang melibatkan gerakan melingkar, Anda sering menguraikan gaya menjadi gaya radial, F_r, yang menunjuk ke pusat gerak dan gaya tangensial, F_t, yang menunjuk tegak lurus ke F_r dan tangensial ke jalur melingkar. Dua contoh gaya ini adalah yang diterapkan pada objek yang disematkan pada titik dan gerakan di sekitar kurva ketika gesekan hadir.
Objek Disematkan pada suatu Titik
Gunakan fakta bahwa jika suatu objek disematkan pada suatu titik dan Anda menerapkan gaya F pada jarak R dari pin pada sudut θ relatif ke garis ke tengah, maka F_r = R ∙ cos (θ) dan F_t = F ∙ sin (θ).
Bayangkan seorang mekanik mendorong ujung kunci inggris dengan kekuatan 20 Newton. Dari posisi di mana dia bekerja, dia harus menerapkan gaya pada sudut 120 derajat relatif terhadap kunci pas.
Hitung gaya tangensial. F_t = 20 ∙ sin (120) = 17.3 Newton.
Torsi
Gunakan fakta bahwa ketika Anda menerapkan gaya pada jarak R dari tempat objek disematkan, torsi sama dengan τ = R ∙ F_t. Anda mungkin tahu dari pengalaman bahwa semakin jauh dari pin Anda menekan tuas atau kunci pas, semakin mudah membuatnya berputar. Menekan pada jarak yang lebih jauh dari pin berarti Anda menerapkan torsi yang lebih besar.
Bayangkan seorang mekanik mendorong ujung torsi sepanjang 0,3 meter untuk mengaplikasikan torsi 9 Newton-meter.
Hitung gaya tangensial. F_t = τ / R = 9 Newton-meter / 0,3 meter = 30 Newton.
Gerakan Melingkar Tidak Seragam
Gunakan fakta bahwa satu-satunya gaya yang diperlukan untuk menjaga objek dalam gerakan melingkar pada kecepatan konstan adalah gaya sentripetal, F_c, yang mengarah ke pusat lingkaran. Tetapi jika kecepatan objek berubah, maka harus juga ada kekuatan dalam arah gerak, yang bersinggungan dengan jalan. Contohnya adalah gaya dari mesin mobil yang menyebabkannya melaju kencang saat melewati tikungan atau gaya gesekan yang memperlambatnya untuk berhenti.
Bayangkan seorang pengemudi melepaskan kaki dari pedal gas dan membiarkan 2.500 kilogram mobil pantai berhenti mulai dari kecepatan awal 15 meter / detik sambil menyetirnya di sekitar kurva melingkar dengan radius 25 meter. Mobil melaju 30 meter dan membutuhkan 45 detik untuk berhenti.
Hitung akselerasi mobil. Rumus yang menggabungkan posisi, x (t), pada waktu t sebagai fungsi dari posisi awal, x (0), kecepatan awal, v (0), dan percepatan, a, adalah x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Pasang x (t) - x (0) = 30 meter, v (0) = 15 meter per detik dan t = 45 detik dan selesaikan untuk akselerasi tangensial: a_t = –0.637 meter per detik kuadrat.
Gunakan hukum kedua Newton, F = m ∙ a untuk menemukan bahwa gesekan harus menerapkan gaya tangensial F_t = m ∙ a_t = 2.500 × (–0.637) = –1.593 Newton.