Soal Kipas Angin: Hitung Frekuensi, Kecepatan & Percepatan!

Hey guys! Kali ini kita akan membahas soal fisika tentang gerak melingkar pada kipas angin. Soalnya cukup menarik nih, karena kita akan menghitung berbagai macam parameter, mulai dari frekuensi, periode, kecepatan sudut, kecepatan linier, sampai percepatan sentripetalnya. Yuk, langsung aja kita bedah soalnya!

Soal dan Pembahasan Lengkap

Soal:

Sebuah kipas angin berputar dengan kecepatan sudut 1200 rpm (rotasi per menit). Jika jari-jari kipas angin tersebut 20 cm, tentukan:

(A) Frekuensi dan periodenya (B) Kecepatan sudut (C) Kecepatan liniernya (D) Percepatan sentripetalnya

(A) Menghitung Frekuensi dan Periode

Oke, bagian pertama dari soal ini meminta kita untuk mencari frekuensi dan periode putaran kipas angin. Frekuensi itu sederhananya adalah jumlah putaran yang terjadi dalam satu detik, sedangkan periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran penuh. Kedua besaran ini punya hubungan yang erat, guys. Mereka saling berkebalikan!

Rumus yang digunakan:

• Frekuensi (f) = Jumlah putaran / Waktu
• Periode (T) = 1 / f

Langkah-langkah perhitungan:

1. Konversi kecepatan sudut dari rpm ke Hz:

   Kita tahu bahwa kecepatan sudutnya adalah 1200 rpm. Artinya, kipas angin berputar 1200 kali dalam satu menit. Nah, kita perlu ubah ini ke satuan Hertz (Hz), yang merupakan satuan frekuensi (putaran per detik). Caranya gimana?

   • 1 menit = 60 detik
   • 1200 rpm = 1200 putaran / 60 detik = 20 putaran/detik = 20 Hz

   Jadi, frekuensi putaran kipas angin adalah 20 Hz. Penting untuk diingat, selalu konversi satuan ke satuan standar (SI) sebelum menghitung ya!

2. Menghitung periode:

   Setelah kita dapat frekuensinya, menghitung periode jadi gampang banget! Kita tinggal pakai rumus periode (T) = 1 / f.

   • T = 1 / 20 Hz = 0.05 detik

   Jadi, periode putaran kipas angin adalah 0.05 detik. Ini berarti, satu putaran penuh membutuhkan waktu 0.05 detik. Cepat banget kan?

Dengan demikian, kita sudah berhasil menjawab bagian (A) soal ini. Kita sudah dapatkan frekuensi (20 Hz) dan periode (0.05 detik). Sekarang, mari kita lanjut ke bagian (B) untuk menghitung kecepatan sudut.

(B) Menghitung Kecepatan Sudut

Bagian (B) ini sebenarnya agak tricky, guys. Kenapa? Karena di soal sudah disebutkan kecepatan sudutnya, yaitu 1200 rpm. Tapi, masalahnya, satuan rpm itu bukan satuan standar untuk kecepatan sudut. Satuan standar yang dipakai dalam fisika adalah radian per detik (rad/s). Jadi, tugas kita di sini adalah mengkonversi rpm ke rad/s.

Rumus yang digunakan:

• Kecepatan sudut (ω) = 2πf

  Di mana:

  • ω = kecepatan sudut (rad/s)
  • π ≈ 3.14
  • f = frekuensi (Hz)

Langkah-langkah perhitungan:

1. Gunakan frekuensi yang sudah kita hitung di bagian (A):

   Kita sudah tahu bahwa frekuensi (f) kipas angin adalah 20 Hz.

2. Masukkan nilai frekuensi ke dalam rumus kecepatan sudut:

   • ω = 2πf = 2 * 3.14 * 20 rad/s = 125.6 rad/s (kurang lebih)

   Jadi, kecepatan sudut kipas angin adalah sekitar 125.6 rad/s. Nah, sekarang kita sudah punya kecepatan sudut dalam satuan yang benar. Mantap!

(C) Menghitung Kecepatan Linier

Selanjutnya, kita akan menghitung kecepatan linier (v) dari titik di ujung baling-baling kipas angin. Kecepatan linier ini adalah kecepatan gerak suatu titik sepanjang lintasan melingkar. Jadi, kita mau tahu nih, seberapa cepat ujung baling-baling kipas angin itu bergerak dalam satuan meter per detik (m/s).

Rumus yang digunakan:

• Kecepatan linier (v) = ω * r

  Di mana:

  • v = kecepatan linier (m/s)
  • ω = kecepatan sudut (rad/s)
  • r = jari-jari (meter)

Langkah-langkah perhitungan:

1. Konversi jari-jari dari cm ke meter:

   Di soal, jari-jari kipas angin disebutkan 20 cm. Kita ubah dulu ke meter:

   • 20 cm = 20 / 100 meter = 0.2 meter

2. Masukkan nilai kecepatan sudut dan jari-jari ke dalam rumus kecepatan linier:

   Kita sudah punya kecepatan sudut (ω) = 125.6 rad/s dan jari-jari (r) = 0.2 meter.

   • v = ω * r = 125.6 rad/s * 0.2 meter = 25.12 m/s (kurang lebih)

   Jadi, kecepatan linier ujung baling-baling kipas angin adalah sekitar 25.12 m/s. Wow, lumayan kencang juga ya! Bisa kebayang kan, kenapa kita harus hati-hati kalau dekat kipas angin yang sedang berputar?

(D) Menghitung Percepatan Sentripetal

Bagian terakhir dari soal ini adalah menghitung percepatan sentripetal (a_s). Percepatan sentripetal ini adalah percepatan yang arahnya selalu menuju pusat lingkaran. Percepatan ini yang membuat benda tetap bergerak melingkar, bukan lurus. Jadi, kita mau cari tahu nih, berapa besar percepatan yang dialami oleh ujung baling-baling kipas angin agar tetap berputar.

Rumus yang digunakan:

Ada dua rumus yang bisa kita pakai untuk menghitung percepatan sentripetal:

• a_s = v² / r

• a_s = ω² * r

  Di mana:

  • a_s = percepatan sentripetal (m/s²)
  • v = kecepatan linier (m/s)
  • ω = kecepatan sudut (rad/s)
  • r = jari-jari (meter)

  Kita bisa pakai salah satu rumus, hasilnya akan sama saja. Di sini, kita pakai rumus yang kedua, karena kita sudah punya nilai kecepatan sudut (ω) dan jari-jari (r).

Langkah-langkah perhitungan:

1. Masukkan nilai kecepatan sudut dan jari-jari ke dalam rumus percepatan sentripetal:

   Kita sudah punya kecepatan sudut (ω) = 125.6 rad/s dan jari-jari (r) = 0.2 meter.

   • a_s = ω² * r = (125.6 rad/s)² * 0.2 meter = 3158.72 m/s² (kurang lebih)

   Jadi, percepatan sentripetal ujung baling-baling kipas angin adalah sekitar 3158.72 m/s². Wih, besar banget ya percepatannya! Ini menunjukkan betapa kuatnya gaya yang menarik ujung baling-baling kipas angin ke pusat lingkaran.

Kesimpulan

Nah, itu dia pembahasan lengkap soal tentang kipas angin ini. Kita sudah berhasil menghitung:

• (A) Frekuensi: 20 Hz
• (A) Periode: 0.05 detik
• (B) Kecepatan sudut: 125.6 rad/s
• (C) Kecepatan linier: 25.12 m/s
• (D) Percepatan sentripetal: 3158.72 m/s²

Semoga pembahasan ini bermanfaat dan membantu kalian memahami konsep gerak melingkar dengan lebih baik ya! Jangan ragu untuk bertanya kalau ada yang masih bingung. Semangat terus belajarnya, guys! Sampai jumpa di pembahasan soal-soal fisika lainnya!