Gaya sentripetal didefinisikan sebagai kekuatan bertindak pada tubuh yang bergerak dalam jalur melingkar yang diarahkan ke pusat di mana tubuh bergerak. Istilah ini berasal dari kata Latin centrum untuk "pusat" dan Petere, yang berarti "mencari."
Kekuatan sentripetal dapat dianggap sebagai kekuatan yang mencari pusat. Arahnya adalah ortogonal (pada sudut kanan) untuk gerakan tubuh ke arah pusat kelengkungan jalur tubuh. Gaya sentripetal mengubah arah gerakan suatu objek tanpa mengubahnya kecepatan.
Pengambilan Kunci Utama: Gaya Sentripetal
- Gaya sentripetal adalah gaya pada benda yang bergerak dalam lingkaran yang menunjuk ke dalam menuju titik di sekitar objek bergerak.
- Gaya dalam arah yang berlawanan, menunjuk keluar dari pusat rotasi, disebut gaya sentrifugal.
- Untuk benda yang berputar, gaya sentripetal dan sentrifugal sama besarnya, tetapi berlawanan arah.
Perbedaan Antara Gaya Sentripetal dan Sentrifugal
Sementara gaya sentripetal bekerja untuk menarik benda ke pusat titik rotasi, gaya sentrifugal (gaya "pusat lari") menjauh dari pusat.
Menurut Hukum Pertama Newton, "tubuh yang diam akan tetap diam, sementara tubuh yang bergerak akan tetap bergerak kecuali ditindaklanjuti oleh kekuatan eksternal." Di Dengan kata lain, jika gaya yang bekerja pada suatu objek seimbang, objek akan terus bergerak dengan kecepatan yang stabil tanpa percepatan.
Gaya sentripetal memungkinkan benda mengikuti lintasan melingkar tanpa terbang pada garis singgung dengan terus-menerus bekerja pada sudut kanan lintasannya. Dengan cara ini, ia bertindak atas objek sebagai salah satu kekuatan dalam Hukum Pertama Newton, sehingga menjaga inersia objek.
Hukum Kedua Newton juga berlaku dalam kasus persyaratan gaya sentripetal, yang mengatakan bahwa jika suatu objek bergerak dalam lingkaran, gaya total yang bekerja padanya harus ke dalam. Hukum Kedua Newton mengatakan bahwa suatu benda yang dipercepat mengalami gaya total, dengan arah gaya total sama dengan arah akselerasi. Untuk benda yang bergerak dalam lingkaran, gaya sentripetal (gaya total) harus ada untuk melawan gaya sentrifugal.
Dari sudut pandang objek stasioner pada kerangka acuan berputar (mis., Kursi pada ayunan), centripetal dan sentrifugal sama besarnya, tetapi berlawanan arah. Gaya sentripetal bekerja pada tubuh dalam gerakan, sedangkan gaya sentrifugal tidak. Karena alasan ini, gaya sentrifugal kadang-kadang disebut gaya "virtual".
Cara Menghitung Gaya Centripetal
Representasi matematis gaya sentripetal diturunkan oleh fisikawan Belanda Christiaan Huygens pada 1659. Untuk benda yang mengikuti jalur melingkar dengan kecepatan konstan, jari-jari lingkaran (r) sama dengan massa benda (m) dikalikan kuadrat dari kecepatan (v) dibagi dengan gaya sentripetal (F):
r = mv2/ F
Persamaan dapat disusun ulang untuk memecahkan gaya sentripetal:
F = mv2/ r
Poin penting yang harus Anda perhatikan dari persamaan adalah gaya sentripetal sebanding dengan kuadrat kecepatan. Ini berarti menggandakan kecepatan suatu benda membutuhkan empat kali gaya sentripetal untuk menjaga objek bergerak dalam lingkaran. Contoh praktis ini terlihat ketika mengambil tikungan tajam dengan mobil. Di sini, gesekan adalah satu-satunya kekuatan menjaga ban kendaraan di jalan. Meningkatkan kecepatan sangat meningkatkan kekuatan, sehingga selip menjadi lebih mungkin.
Perhatikan juga perhitungan gaya sentripetal dengan asumsi tidak ada gaya tambahan yang bekerja pada objek.
Formula Percepatan Centripetal
Perhitungan umum lainnya adalah percepatan sentripetal, yang merupakan perubahan kecepatan dibagi dengan perubahan waktu. Akselerasi adalah kuadrat kecepatan dibagi dengan jari-jari lingkaran:
Δv / Δt = a = v2/ r
Aplikasi Praktis Angkatan Centripetal
Contoh klasik gaya sentripetal adalah kasing benda yang diayunkan pada seutas tali. Di sini, ketegangan pada tali memasok gaya "tarikan" sentripetal.
Gaya sentripetal adalah gaya "dorong" dalam kasus pengendara sepeda motor Wall of Death.
Gaya sentripetal digunakan untuk sentrifugal laboratorium. Di sini, partikel yang tersuspensi dalam cairan dipisahkan dari cairan dengan mempercepat tabung berorientasi sehingga partikel yang lebih berat (mis., objek bermassa lebih tinggi) ditarik ke arah bawah tabung. Sementara sentrifugal umumnya memisahkan padatan dari cairan, mereka juga dapat memisahkan cairan, seperti dalam sampel darah, atau memisahkan komponen gas.
Sentrifugal gas digunakan untuk memisahkan isotop uranium-238 yang lebih berat dari isotop uranium-235 yang lebih ringan. Isotop yang lebih berat ditarik ke arah luar silinder pemintalan. Fraksi berat disadap dan dikirim ke centrifuge lain. Proses ini diulang sampai gas cukup "diperkaya."
Teleskop cermin cair (LMT) dapat dibuat dengan memutar reflektif cair logam, seperti merkuri. Permukaan cermin mengasumsikan bentuk parabola karena gaya sentripetal bergantung pada kuadrat kecepatan. Karena itu, ketinggian logam cair yang berputar sebanding dengan kuadrat jaraknya dari pusat. Bentuk menarik yang diasumsikan oleh cairan pemintal dapat diamati dengan memintal seember air dengan laju konstan.