MAKALAH FISIKA TENTANG FENOMENA FISIKA PADA GERAK MELINGKAR ROTASI BUMI

FENOMENA FISIKA PADA GERAK MELINGKAR ROTASI BUMIPENGETIAN GERAK MELINGKARGerak melingkar adalah gerak suatu benda pada liantasan yang berbentuk lingkaran.Gerak melingkar terbagi dua, yaitu:

1.

GERAK MELINGKAR BERATURAN (GMB)

Ketika sebuah benda bergerak membentuk suatu lingkaran dengan laju tetap maka benda tersebut dikatakan melakukan gerak melingkar beraturan alias GMB. Gerak rotasi bumi (bukan revolusi), putaran jarum jam dan satelit yang bergerak pada orbit yang melingkar merupakan beberapa contoh gerak melingkar beraturan. Dapatkah kita mengatakan bahwa GMB merupakan gerakan yang memiliki kecepatan linear tetap ? Misalnya sebuah benda melakukan Gerak Melingkar Beraturan, seperti yang tampak pada gambar di bawah. Arah putaran benda searah dengan putaran jarum jam. bagaimana dengan vektor kecepatannya ? seperti yang terlihat pada gambar, arah kecepatan linear/tangensial di titik A, B dan C berbeda. Dengan demikian kecepatan pada GMB selalu berubah (ingat perbedaan antara kelajuan dan kecepatan, kelajuan adalah besaran skalar sedangkan kecepatan adalah besaran vektor yang memiliki besar/nilai dan arah) sehingga kita tidak dapat mengatakan kecepatan linear pada GMB tetap.

2. GERAK MELINGKAR BERUBAH BERATURAN (GMBB)GMBB adalah gerak melingkar dengan percepatan sudut a tetap. Dalam gerak ini terdapat percepatan tangensial aT = percepatan linier, merupakan percepatan yang arahnya menyinggung lintasan lingkaran (berhimpit dengan arah kecepatan v).

a=

/ t = aT / R

aT = dv/dt = R T = perioda (detik) R = jarijari lingkaran. = percepatan angular/sudut (rad/det2) aT = percepatan tangensial (m/det2) w = kecepatan angular/sudut (rad/det) = besar sudut (radian) S = panjang busur Hubungan besaran linier dengan besaran angular: vt = v0 + a t t S = v0 t + 1/2 a t2 Contoh: 1. Sebuah mobil bergerak pada jalan yang melengkung dengan jari-jari 50 m. Persamaan gerak mobil untuk S dalam meter dan t dalam detik ialah: S = 10+ 10t - 1/2 t2 Hitunglah: Kecepatan mobil, percepatan sentripetal dan percepatan tangensial pada saat t = 5 detik ! Jawab: v = dS/dt = 10 - t; pada t = 5 detik, v5 = (10 - 5) = 5 m/det. - percepatan sentripetal : aR = v52/R = 52/50 = 25/50 = 1/2 m/det2 - percepatan tangensial : aT = dv/dt = -1 m/det2 0+ a t = 0 + 1/2 a t2

Besaran-Besaran Fisis dalam Gerak Melingkar (Perpindahan Sudut, Kecepatan sudut dan Percepatan SudutDalam gerak lurus kita mengenal tiga besaran utama yaitu perpindahan (linear), kecepatan (linear) dan Percepatan (linear). Gerak melingkar juga memiliki tiga komponen tersebut, yaitu perpindahan sudut, kecepatan sudut dan percepatan sudut. Pada gerak lurus kita juga mengenal Gerak Lurus Beraturan dan Gerak Lurus Berubah Beraturan. Dalam gerak melingkar juga terdapat Gerak Melingkar Beraturan (GMB) dan Gerak Melingkar Berubah Beraturan (GMBB).

Kecepatan SudutDalam gerak lurus, kecepatan gerak benda umumnya dinyatakan dengan satuan km/jam atau m/s. Telah kita ketahui bahwa tiap bagian yang berbeda pada benda yang melakukan gerak lurus memiliki kecepatan yang sama, misalnya bagian depan mobil mempunyai kecepatan yang sama dengan bagian belakang mobil yang bergerak lurus. Dalam gerak melingkar, bagian yang berbeda memiliki kecepatan yang berbeda. Misalnya gerak roda yang berputar. Bagian roda yang dekat dengan poros bergerak dengan kecepatan linear yang lebih kecil, sedangkan bagian yang jauh dari poros alias pusat roda bergerak dengan kecepatan linear yang lebih besar. Oleh karena itu, bila kita menyatakan roda bergerak melingkar dengan kelajuan 10 m/s maka hal tersebut tidak bermakna, tetapi kita bisa mengatakan tepi roda bergerak dengan kelajuan 10 m/s. Pada gerak melingkar, kelajuan rotasi benda dinyatakan dengan putaran per menit (biasa disingkat rpm - revolution per minute). Kelajuan yang dinyatakan dengan satuan rpm adalah kelajuan sudut. Dalam gerak melingkar, kita juga dapat menyatakan arah putaran. misalnya kita menggunakan arah putaran jarum jam sebagai patokan. Oleh karena itu, kita dapat menyatakan kecepatan sudut, di mana selain menyatakan kelajuan sudut, juga menyatakan arahnya. Jika kecepatan pada gerak lurus disebut kecepatan linear (benda bergerak pada lintasan lurus), maka kecepatan pada gerak melingkar disebut kecepatan sudut, karena benda bergerak melalui sudut tertentu. Terdapat dua jenis kecepatan pada Gerak Lurus, yakni kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat. Kita dapat mengetahui kecepatan rata-rata pada Gerak Lurus dengan membandingkan besarnya perpindahan yang ditempuh oleh benda dan waktu yang dibutuhkan benda untuk bergerak . Nah, pada gerak melingkar, kita dapat menghitung kecepatan sudut rata-rata dengan membandingkan perpindahan sudut dengan selang waktu yang dibutuhkan ketika benda berputar.

Rotasi BumiRotasi Bumi merujuk pada gerakan berputar planet Bumi pada sumbunya dan gerakan di orbitnya mengelilingi matahari. Masa rotasi Bumi pada sumbunya dalam dalam hubungannya dengan bintang ialah 23 jam, 56 menit dan 4.091 detik. Masa rotasi dalam kaitannya dengan matahari ialah 24 jam. Gerakan melingkar mengelilingi matahari terjadi selama setahun, yakni 365,2425 hari. Sehingga, revolusi Bumi mengelilingi matahari tidak pas dengan gerakan Bumi pada sumbunya. Dari sini kita memiliki tahun kabisat yang terjadi setiap 4 tahun sekali (kecuali pada hitungan seratus yang tidak dapat dibagi 400).

Pengaruh Rotasi BumiDalam peredaranya mengelilingi matahari, bumi pun berputar pada porosnya atau sumbunya. Perputaran bumi pada sumbunya disebut rotasi bumi. Bumi berotasi pada porosnya dari arah barat ke timur. Arahnya persis sama dengan arah revolusi bumi mengelilingi matahari . Kala rotasi bumi adalah 23 jam 56 menit 4 detik ,selang waktu ini disebut satu hari. Sekali berotasi, bumi menempuh 3600 bujur selama 24 jam. Artinya 10 bujur menempuh 4 menit. Dengan demikian, tempat-tempat yang berbeda 10 bujur akan berbeda waktu 4 menit. Rotasi bumi menimbulkan beberapa peristiwa yaitu :

A. Pergantian siang dan malamPermukaan bumi yang sedang menghadap matahari mengalami siang. Sebaliknya permukaan bumi yang membelakangi matahari mengalami malam. Akibat rotasi bumi, permukaan bumi yang menghadap dan membelakangi matahari berganti secara bergantian. Ini adalah peristiwa siang dan malam. Karena periode peredaran semu harian matahari 24 jam, maka panjang siang atau malam rata-rata 12 jam. Panjang periode siang atau malam hari di khatulistiwa hampir sama sepanjang tahun, yaitu berlangsung selama 12 jam. Kadang-kadang ada perbedaan sedikit yaitu panjang siang tidak sama dengan panjang malam. Suatu waktu panjang siang lebih besar dari 12 jam, dan ini berarti panjang malam hari kurang dari 12 jam. Perbadaan ini menjadi lebih besar untuk tempat-tempat yang jauh dari khatulistiwa (misalnya di daerah lintang dan kutub).

B. Perbedaan waktu berbagai tempat dimuka bumiSeluruh permukaan bumi dibagi-bagi menurut jaring-jaring derajat. Jaring-jaring derajat itu

dinamakan garis lintang dan garis bujur. Garis lintang adalah garis yang sejajar dengan garis tengah khatulistiwa,sedang garis bujur adalah garis yang sejajar dengan garis tengah kutub. Arah rotasi bumi sama dengan arah revolusinya, yakni dari barat ke timur. Itulah sebabnya matahari selalu terbit di timur terbenam di barat. Orang-orang yang berada di daerah timur akan mengamati matahari terbit dan matahari terbenam lebih cepat dari pada daerah yang berada di sebelah barat. Wilayah yang berada pada sudut 15 0 lebih ke timur akan mengamati matahari terbit lebih cepat satu jam. Namun, ada waktu yang berlaku secara international yang disebut waktu GMT (Greenwich Mean Time ) sebagai waktu pangkal yang berada pada garis bujur nol derajat yang melalui kota Greenwich di London. Sebagai contoh Indonesia memiliki tiga bujur standar yaitu 1050, 1200, 1350 Bujur Timur, dengan demikian waktu lokalnya berturut-turut adalah waktu Greenwich ditambah 7 jam, 8 jam, dan 9 jam. Jika letak bujur standar itu disebelah barat bujur nol, maka waktunya dikurangi, dan jika letak bujur standar itu di sebelah timur bujur nol, maka waktunya bertambah.

C. Gerak semu harian bintangBintang-bintang (termasuk matahari) yang tampak bergerak sebenarnya tidak bergerak. Akibat rotasi bumi dari arah barat ke timur, bintang-bintang tersebut tampak bergerak dari timur ke barat. Rotasi bumi tidak dapat kita saksikan, yang dapat kita saksikan adalah peredaran matahari dan benda-benda langit melintas dari timur ke barat. Oleh karena itu kita selalu menyaksikan matahari terbit disebelah timur dan terbenam di sebelah barat. Pergerakan dari timur ke barat yang tampak pada matahari dan benda-benda langit ini dinamakan gerak semu harian bintang. Karena gerak semu ini dapat di amati setiap hari, maka disebut gerak semu harian. Waktu yang diperlukan bintang untuk menempuh lintasan peredaran semunya adalah 23 jam 56 menit atau satu hari bintang. Periode peredaran semu harian matahati dan bulan tidak 23 jam 56 menit. Satu hari matahari tepat 24 jam sedang satu hari bulan lebih lambat lagi yaitu 24 jam 50 menit, hal ini disebabkan karena kedudukan bintang sejati di langit selalu tetap. Matahari memiliki periode semu harian yang berbeda akibat revolusi, sedangkan bulan sebagai satelit bumi memiliki peredaran bulanan mengitari bumi.

D. Perbedaan percepatan gravitasi di permukaan bumiRotasi bumi juga menyebabkan penggembungan di khatulistiwa dan pemapatan di kedua kutub bumi. Selama bumi mengalami pembekuan dari gas menjadi cair kemudian menjadi padat, Bumi berotasi terus pada porosnya. Ini menyebabkan menggebungan di khatulistiwa dan pemepatan di kedua kutub bumi sehingga seperti keadaannya sekarang. Karena percepatan gravitasi benbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari, maka percepatan gravitasi tempat-tempat di kutub lebih besar daripada disekitar khatulistiwa.

AKIBAT ROTASI BUMIoleh : Sugata Pikatan Bumi kita berputar pada porosnya, semua orang tahu itu. Tetapi kebanyakan dari kita mengetahui rotasi bumi dari pelajaran di sekolah. Sejak dilahirkan kita sudah terbiasa hidup dengan putaran bumi ini, sehingga kita sama sekali tidak merasakan gerakannya. Padahal jika dihitung, laju gerak kita akibat rotasi bumi ini sangat besar. Satu kali putaran ditempuh dalam 24 jam, sedangkan ruji bumi di khatulistiwa besarnya 6375 km, sehingga laju gerak kita di permukaan bumi : v = 2 (6375).cos /24 = 1669 cos km/jam

adalah besarnya derajat lintang suatu tempat di permukaan bumi. Faktor cos muncul karena tiap titik di permukaan bumi berputar terhadap sumbu putar bumi, bukan terhadap titik pusat bumi. Di khatulistiwa ( = 00) laju linier di permukaan bumi sama dengan 463 meter per detik, sudah melampaui besar kecepatan suara di udara ! Laju suara di udara hanya 350 meter per detik. Jadi kita ini setiap saat dibawa permukaan bumi bergerak dengan laju empat per tiga kali kecepatan suara ! Gambar 1. Rotasi bumi Akibat langsung rotasi bumi yang kita rasakan hanyalah perubahan siang dan malam. Matahari terbit dari timur dan tenggelam di sebelah barat, karena bumi berputar dari barat ke timur, atau berlawanan dengan arah jarum jam jika dilihat dari atas kutub utara bumi. Akibat langsung inipun dulu tidak disadari sebagai akibat rotasi bumi, tetapi diyakini sebagai akibat matahari mengitari bumi. Suatu keyakinan egosentris manusia yang ternyata keliru. Dalam tulisan ini kita akan meninjau akibat rotasi bumi secara lebih luas. Agar kita dapat menganalisa akibat-akibat ini dengan mekanika dan matematika dasar, kita asumsikan bumi berbentuk bola pejal. Vektor kecepatan anguler rotasi bumi ( r ) mengambil arah sejajar sumbu putar bumi ke utara membentuk sudut 2327 terhadap normal bidang ekliptika*, besarnya dapat kita asumsikan konstan juga, yaitu 7,272 105

rad/s (2 rad/24jam). Sebuah sistem koordinat K yang pusatnya kita letakkan di pusat bumi akan melihat sistem-sistem koordinat di permukaan bumi (misal K ) berputar terhadapnya denganKristal no.9/Desember/1993 2

kecepatan anguler r . Kita yang hidup di permukaan bumi selalu memakai sistem koordinat K , dan merasakan semua efek fisis yang terjadi di dalam sistem koordinat ini. K' dengan demikian adalah sistem yang dipercepat karena ia harus berputar terhadap K, dengan sendirinya K juga merupakan sistem yang non-inersial, yakni sebuah sistem yang banyak melibatkan gaya-gaya semu. Gaya semu Untuk memahami apa itu gaya semu, kita tinjau sebuah sistem yang dipercepat lurus seperti sebuah gerbong kereta api yang sedang dipercepat. Saat itu orang-orang yang berada di dalam gerbong seakan-akan didorong oleh sebuah gaya (P') ke belakang sehingga punggungnya menekan sandaran kursi. Gaya ini tentu saja tidak ada, tetapi dirasakan keberadaannya oleh orang-orang di dalam gerbong. Yang menekan sebetulnya adalah sandaran kursi, sandaran kursi menekan punggung penumpang (dengan gaya P) agar tubuh penumpang itu dapat bergerak dengan percepatan yang sama dengan percepatan gerbong. sifat egosentris manusia membuat penumpang itu selalu menganggap sistemnya tidak dipercepat, maka kesimpulan yang masuk akal baginya adalah gaya dorong ke belakang tadi. Gaya yang diciptakan oleh

orang yang berada dalam sistem non-inersial dengan tujuan agar hukum mekanika berlaku sesuai dengan pengamatannya disebut gaya semu, sebuah gaya yang dirasakan keberadaannya akibat watak egosentris manusia. Sistem yang berputar mengalami percepatan sentripetal, percepatan yang mengubah arah kecepatan. Jadi sistem yang berputar juga merupakan sistem non-inersial. Gaya semu yang populer dalam sistem yang berputar adalah gaya sentrifugal, gaya semu yang dirasakan mendorong secara radial keluar. Memang merupakan suatu kenyataan bahwa pada saat kita memutar sebuah benda dengan tali secara horisontal, tangan kita terasa ditarik oleh benda itu. Secara salah kita mengatakan ada gaya sentrifugal yang menarik tangan kita. Padahal gaya-gaya yang ada pada peristiwa ini adalah gaya dan , pasangan gaya interaksi antara tali dan benda, serta " dan " , pasangan gaya interaksi antara tali dan tangan. Tentu saja juga ada gaya berat benda (w) beserta gaya normal bidangnya (N)

KESIMPULAN :Bumi melakukan beberapa gerak yang alami, yaitu gerak rotasi dan revolusi. Gerak rotasi bumi merupakan gerak berputarnya bumi pada porosnya (sumbu). Gerakan rotasi ini menyebabkan daerah sepanjang equator bergerak cepat, sedangkan di daerah kutub hampir-hampir tidak mengalami pergerakan. Bumi yang berbentuk bulat mengalami perubahan bentuk akibat gerakan rotasi yang dilakukan. Perubahan tersebut adalah terbentuknya daerah agak pepat di kedua kutubnya dan seakan-akan sebagian massa bumi tertumpuk di daerah equator. Bentuk ini disebabkan rotasi bumi yaitu perputaran bumi pada porosnya. Gerak rotasi bumi terjadi dari arah barat ke timur. Jika dilihat dari kutub utara, rotasi bumi memiliki arah berlawanan arah jarum jam. Sedangkan jika dilihat dari arah kutub selatan arah rotasi bumi searah dengan arah jarum jam. Poros (sumbu) bumi merupakan garis khayal yang menandakan sumbu rotasi dari bumi, yang melalui kutub utara dan kutub selatan. Poros bumi tidaklah tegak lurus, tetapi mengalami kemiringan sebesar 23,5o dari garis tegaknya. Waktu rotasi bumi dalam satu putaran adalah 23 jam 56 menit. Akibat dari rotasi bumi, menimbulkan beberapa gejala alam seperti (a) terjadinya pergantian siang dan malam, (b) perbedaan waktu di berbagai tempat di muka bumi, (c) gerak semu harian bintang, (d) perbedaan besar gaya gravitasi di berbagai tempat di bumi, dan (e) terjadinya pembelokan arah angin.