Gerak melingkar atau gerak rotasi benda padat adalah salah satu proses penting yang dipelajari oleh cabang-cabang fisika - dinamika dan kinematika. Kami akan mencurahkan artikel ini untuk mempertimbangkan pertanyaan tentang bagaimana percepatan sudut yang muncul selama rotasi benda diukur.
Konsep percepatan sudut
Jelas, sebelum memberikan jawaban atas pertanyaan tentang bagaimana percepatan sudut diukur dalam fisika, seseorang harus mengenal konsep itu sendiri.
Dalam mekanika gerak linier, percepatan memainkan peran ukuran laju perubahan kecepatan dan diperkenalkan ke dalam fisika melalui hukum kedua Newton. Dalam kasus gerak rotasi, ada besaran yang mirip dengan percepatan linier, yang disebut percepatan sudut. Rumus untuk menentukannya ditulis sebagai:
α=dω/dt.
Artinya, percepatan sudut adalah turunan pertama dari kecepatan sudut terhadap waktu. Jadi, jika kecepatan tidak berubah selama rotasi, maka percepatannya akan menjadi nol. Jika kecepatan bergantung secara linier pada waktu, misalnya, kecepatannya meningkat secara konstan, maka percepatan akan mengambil nilai positif konstan yang tidak nol. Nilai negatif menunjukkan bahwa sistem melambat.
Dinamika rotasi
Dalam fisika, percepatan apa pun hanya terjadi ketika ada gaya luar yang tidak nol bekerja pada benda. Dalam kasus gerakan rotasi, gaya ini digantikan oleh momen gaya M, sama dengan produk lengan d dan modulus gaya F. Persamaan yang terkenal untuk momen-momen dinamika gerakan rotasi benda ditulis sebagai berikut:
M=I.
Di sini saya adalah momen inersia, yang memainkan peran yang sama dalam sistem sebagai massa selama gerakan linier. Rumus ini memungkinkan Anda menghitung nilai, serta menentukan percepatan sudut yang diukur. Kami memiliki:
α=M/I=[Nm/(kgm2)]=[N/(kgm)].
Kami mendapatkan satuan dari persamaan momen, namun newton bukanlah satuan dasar SI, sehingga harus diganti. Untuk menyelesaikan tugas ini, kami menggunakan hukum kedua Newton, kami mendapatkan:
1 N=1 kgm/s2;
α=1 [N/(kgm)]=1 kgm/s2/(kgm)=1 [1/s 2].
Kami telah menerima jawaban atas pertanyaan dalam satuan apa percepatan sudut diukur. Itu diukur dalam detik persegi timbal balik. Yang kedua, tidak seperti newton, adalah salah satu dari tujuh satuan dasar SI, sehingga satuan yang dihasilkan untuk digunakan dalam perhitungan matematis.
Satuan pengukuran yang dihasilkan untuk percepatan sudut benar, namun sulit untuk memahami arti fisis besaran darinya. Dalam hal ini, masalah yang diajukan dapat diselesaikan dengan cara yang berbeda, menggunakan definisi fisis percepatan, yang telah ditulis pada paragraf sebelumnya.
Kecepatan dan percepatan sudut
Mari kembali ke definisi percepatan sudut. Dalam kinematika rotasi, kecepatan sudut menentukan sudut rotasi per satuan waktu. Satuan sudut dapat berupa derajat atau radian. Yang terakhir lebih umum digunakan. Jadi, kecepatan sudut diukur dalam radian per detik atau disingkat rad/s.
Karena percepatan sudut adalah turunan waktu dari, untuk mendapatkan satuannya cukup membagi satuan untuk dengan satu detik. Yang terakhir berarti bahwa nilai akan diukur dalam radian per detik persegi (rad/s2). Jadi, 1 rad/s2berarti bahwa untuk setiap detik rotasi kecepatan sudut akan meningkat sebesar 1 rad/s.
Satuan yang dipertimbangkan untuk mirip dengan yang diperoleh pada paragraf artikel sebelumnya, di mana nilai radian dihilangkan, karena tersirat sesuai dengan arti fisik percepatan sudut.
Percepatan sudut dan sentripetal
Setelah menjawab pertanyaan tentang apa yang diukur dalam percepatan sudut (rumus diberikan dalam artikel), juga berguna untuk memahami bagaimana kaitannya dengan percepatan sentripetal, yang merupakan karakteristik integralrotasi apapun. Jawaban atas pertanyaan ini terdengar sederhana: percepatan sudut dan sentripetal adalah besaran yang sama sekali berbeda dan independen.
Percepatan sentripetal hanya memberikan kelengkungan lintasan benda selama rotasi, sedangkan percepatan sudut menyebabkan perubahan kecepatan linier dan sudut. Jadi, dalam kasus gerak beraturan sepanjang lingkaran, percepatan sudutnya adalah nol, sedangkan percepatan sentripetal memiliki nilai positif yang konstan.
Percepatan sudut berhubungan dengan percepatan tangensial linier a dengan rumus berikut:
α=a/r.
Di mana r adalah jari-jari lingkaran. Dengan mengganti satuan untuk a dan r ke dalam persamaan ini, kita juga mendapatkan jawaban atas pertanyaan tentang percepatan sudut yang diukur.
Pemecahan Masalah
Mari selesaikan soal fisika berikut ini. Sebuah gaya 15 N yang bersinggungan dengan lingkaran bekerja pada sebuah titik material Diketahui bahwa titik ini memiliki massa 3 kg dan berputar pada sumbu dengan jari-jari 2 meter, maka perlu untuk menentukan percepatan sudutnya.
Masalah ini diselesaikan dengan menggunakan persamaan momen. Momen gaya dalam hal ini adalah:
M=Fr=152=30 Nm.
Momen inersia suatu titik dihitung dengan menggunakan rumus berikut:
I=mr2=322=12kgm2.
Maka nilai percepatannya adalah:
α=M/I=30/12=2.5 rad/s2.
Jadi, untuk setiap detik pergerakan titik material, kecepatan rotasinyaakan meningkat sebesar 2,5 radian per detik.
