Penerapan Gerak Melingkar: Ujian Latihan Fisika HSC
Uji pemahaman Anda tentang gerak melingkar melalui makalah latihan Fisika orisinal tutorgum bernilai 40 yang mencakup tegangan tali, lintasan miring, dan gaya gesek pada tikungan datar. Dilengkapi pembahasan lengkap dan panduan penilaian.
Makalah latihan tutorgum orisinal ini menguji cakupan materi Fisika 2017 yang diberikan untuk penerapan gerak melingkar. Anda akan menguraikan gaya pada benda bermassa yang bergerak melingkar horizontal dengan tali, menganalisis komponen gaya normal pada lintasan miring, serta menghitung gaya gesek yang diperlukan mobil saat melewati tikungan datar. Makalah ini berfokus pada identifikasi gaya nyata yang bekerja pada suatu sistem dan penentuan resultan gaya yang arahnya menuju pusat.
Makalah ini merupakan bahan revisi terfokus, bukan ujian untuk seluruh materi kursus. Ini adalah makalah latihan orisinal tutorgum, bukan makalah NESA resmi, yang didukung oleh NESA, berasal dari ujian sebelumnya, atau merupakan prediksi ujian NESA.
01Petunjuk ujian
- Waktu pengerjaan yang disarankan: 50 menit.
- Waktu membaca yang disarankan: 5 menit.
- Total nilai: 40.
- Peralatan yang diizinkan: Kalkulator ilmiah, penggaris, dan alat tulis. Catatan tidak diperbolehkan.
- Kuat medan gravitasi: Gunakan \(g=9.80\,\text{m s}^{-2}\) sepanjang pengerjaan.
- Langkah pengerjaan dan ketelitian: Tunjukkan langkah perhitungan, sertakan satuan, dan berikan jawaban numerik dengan jumlah angka penting yang sesuai.
Materi yang diujikan
Makalah ini mencakup:
- Menguraikan tegangan dan berat untuk benda bermassa yang bergerak melingkar horizontal dengan tali.
- Menguraikan gaya normal pada lintasan miring dan menghitung kelajuan rancangan.
- Menganalisis gaya gesek statis sebagai sumber gaya sentripetal pada tikungan melingkar datar.
- Menafsirkan hubungan antara resultan gaya ke arah pusat dan kelajuan.
Gerak melingkar vertikal, perhitungan lintasan miring yang melibatkan gaya gesek, dan topik gerak melingkar lainnya tidak termasuk dalam cakupan.
Untuk lintasan miring, ukur sudut kemiringan dari arah horizontal. Untuk benda bermassa yang diikat pada tali, ukur sudut tali dari arah vertikal. Anggap hambatan udara dapat diabaikan. Jika lintasan dinyatakan tanpa gesekan, abaikan gaya gesek sepenuhnya.
02Soal
Soal 1 (7 nilai)
Sebuah benda bermassa \(0.500\,\text{kg}\) diikat pada tali ringan dan bergerak dengan kelajuan konstan \(4.00\,\text{m s}^{-1}\) dalam lingkaran horizontal berjari-jari \(0.600\,\text{m}\). Tali membentuk sudut \(\theta\) terhadap arah vertikal.
(a) Identifikasi gaya-gaya yang bekerja pada benda dan nyatakan arah percepatannya. (2 nilai)
(b) Hitung resultan gaya yang arahnya menuju pusat dan bekerja pada benda. (2 nilai)
(c) Uraikan tegangan menjadi komponen vertikal dan horizontal. Hitung tegangan tali dan sudut \(\theta\). (3 nilai)
Soal 2 (7 nilai)
Sebuah mobil melaju pada lintasan melingkar miring tanpa gesekan dengan jari-jari \(85.0\,\text{m}\). Lintasan tersebut dimiringkan dengan sudut \(12.0^\circ\) terhadap arah horizontal.
Untuk soal ini, kelajuan rancangan adalah kelajuan saat mobil dapat mengikuti lintasan melingkar tanpa mengandalkan gaya gesek.
(a) Identifikasi gaya-gaya yang bekerja pada mobil dan jelaskan hubungan antara komponen gaya normal dengan gerak vertikal dan gerak menuju pusat mobil. (2 nilai)
(b) Dengan menguraikan gaya-gaya, turunkan persamaan kelajuan rancangan \(v\) dalam bentuk jari-jari \(r\), sudut kemiringan \(\theta\), dan kuat medan gravitasi \(g\). (3 nilai)
(c) Hitung kelajuan rancangan untuk lintasan ini. (2 nilai)
Soal 3 (8 nilai)
Sebuah mobil bermassa \(1.20\times10^3\,\text{kg}\) melaju dengan kelajuan \(14.0\,\text{m s}^{-1}\) melewati tikungan datar horizontal berjari-jari \(55.0\,\text{m}\). Gaya gesek statis merupakan satu-satunya gaya horizontal yang bekerja pada mobil.
(a) Hitung resultan gaya ke arah pusat yang diperlukan agar mobil dapat mengikuti tikungan tersebut. (2 nilai)
(b) Identifikasi arah gaya gesek dan hitung koefisien gesek statis minimum yang diperlukan agar mobil tidak tergelincir pada kelajuan ini. (3 nilai)
(c) Mobil kemudian melewati tikungan yang sama dengan kelajuan \(16.8\,\text{m s}^{-1}\). Koefisien gesek statis yang tersedia adalah \(0.450\). Tentukan apakah mobil dapat mempertahankan lintasan melingkarnya. Dukung jawaban Anda dengan perhitungan. (3 nilai)
Soal 4 (5 nilai)
Sebuah benda bermassa \(0.750\,\text{kg}\) diikat pada tali. Pada suatu saat, tegangan tali adalah \(12.0\,\text{N}\), dan tali membentuk sudut \(25.0^\circ\) terhadap arah vertikal. Tegangan dan berat merupakan satu-satunya gaya yang bekerja pada benda.
(a) Hitung komponen vertikal tegangan tali. (2 nilai)
(b) Seorang siswa menyatakan bahwa dengan nilai-nilai gaya tersebut, benda bergerak dalam lingkaran horizontal pada ketinggian konstan. Evaluasilah pernyataan ini. Jika nilai-nilai yang dinyatakan benar, hitung percepatan vertikal awal benda, termasuk arahnya. (3 nilai)
Soal 5 (6 nilai)
Sebuah benda bergerak dalam lingkaran horizontal dengan jari-jari tetap. Kelajuannya diubah-ubah, dan resultan gaya ke arah pusat \(F_{\text{in}}\) diukur. Hasilnya dicatat di bawah ini.
| Kelajuan \(v\) (\(\text{m s}^{-1}\)) | Kuadrat kelajuan \(v^2\) (\(\text{m}^2\text{s}^{-2}\)) | Resultan gaya ke arah pusat \(F_{\text{in}}\) (N) |
|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | 0.400 |
| 2.00 | 4.00 | 1.60 |
| 3.00 | 9.00 | 3.60 |
| 4.00 | 16.0 | 6.40 |
Grafik berikut merepresentasikan hasil pengukuran yang diberikan.
- Data pengukuran
- Garis tren terbaik
(a) Jelaskan hubungan antara resultan gaya ke arah pusat dan kuadrat kelajuan. (2 nilai)
(b) Hitung gradien grafik dan nyatakan makna gradien tersebut dalam kaitannya dengan massa \(m\) dan jari-jari \(r\) lintasan melingkar. (2 nilai)
(c) Jika jari-jari lintasan melingkar adalah \(1.50\,\text{m}\), hitung massa benda tersebut. (2 nilai)
Soal 6 (7 nilai)
Sebuah lintasan uji miring tanpa gesekan dirancang untuk kelajuan \(20.0\,\text{m s}^{-1}\) pada bagian melingkar yang berjari-jari \(120.0\,\text{m}\). Sebuah mobil bermassa \(900.0\,\text{kg}\) melaju dengan kelajuan rancangan ini.
(a) Hitung sudut kemiringan yang diperlukan. (3 nilai)
(b) Hitung besar gaya normal yang bekerja pada mobil. (2 nilai)
(c) Hitung komponen gaya normal yang arahnya menuju pusat. Verifikasi hasil Anda dengan membandingkannya dengan resultan gaya ke arah pusat yang diperlukan untuk gerak melingkar mobil. (2 nilai)
03Pembahasan dan panduan penilaian
Pembahasan 1
(a) Identifikasi gaya dan percepatan. (2 nilai)
Dua gaya yang bekerja pada benda adalah:
- Tegangan, \(T\), yang arahnya sepanjang tali menuju titik tumpu.
- Berat, \(mg\), yang arahnya vertikal ke bawah.
Benda mengalami percepatan horizontal menuju pusat lingkaran. Karena benda tetap berada pada ketinggian konstan, percepatan vertikalnya nol sehingga komponen vertikal gaya-gaya yang bekerja saling menyeimbangkan.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk mengidentifikasi tegangan dan berat.
- 1 nilai untuk mengidentifikasi arah percepatan menuju pusat.
(b) Hitung resultan gaya ke arah pusat. (2 nilai)
Untuk gerak melingkar beraturan, resultan gaya ke arah pusat adalah
\[ F_{\text{in}}=\frac{mv^2}{r} \]
dengan \(m\) adalah massa dalam kilogram, \(v\) adalah kelajuan dalam meter per sekon, dan \(r\) adalah jari-jari dalam meter.
Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui:
\[ \begin{aligned} F_{\text{in}} &=\frac{(0.500)(4.00)^2}{0.600}\\ &=13.3\,\text{N} \end{aligned} \]
Resultan gaya ke arah pusat adalah \(13.3\,\text{N}\).
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk persamaan dan substitusi yang benar.
- 1 nilai untuk jawaban yang benar beserta satuannya.
(c) Hitung tegangan dan sudut. (3 nilai)
Misalkan \(\theta\) adalah sudut antara tali dan arah vertikal.
Komponen vertikal tegangan menyeimbangkan berat:
\[ T\cos\theta=mg \]
Komponen horizontal menyediakan resultan gaya ke arah pusat:
\[ T\sin\theta=F_{\text{in}} \]
Pertama, hitung tegangan menggunakan kedua komponen yang saling tegak lurus:
\[ \begin{aligned} T&=\sqrt{(mg)^2+F_{\text{in}}^2}\\ &=\sqrt{(4.90)^2+(13.3)^2}\\ &=14.2\,\text{N} \end{aligned} \]
Selanjutnya, bagi persamaan komponen horizontal dengan persamaan komponen vertikal:
\[ \tan\theta=\frac{F_{\text{in}}}{mg} \]
Dengan demikian,
\[ \begin{aligned} \theta&=\tan^{-1}\left(\frac{13.3}{4.90}\right)\\ &=69.8^\circ \end{aligned} \]
Tegangan tali adalah \(14.2\,\text{N}\), dan tali membentuk sudut \(69.8^\circ\) terhadap arah vertikal.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk menguraikan tegangan dengan benar menjadi komponen vertikal dan horizontal.
- 1 nilai untuk menghitung tegangan.
- 1 nilai untuk menghitung sudut.
Berikan nilai lanjutan untuk perhitungan tegangan dan sudut jika kesalahan numerik sebelumnya diteruskan secara konsisten.
Pembahasan 2
(a) Identifikasi gaya dan komponennya. (2 nilai)
Gaya-gaya yang bekerja pada mobil adalah beratnya, \(mg\), yang arahnya vertikal ke bawah, dan gaya normal, \(F_N\), yang diberikan oleh lintasan dan arahnya tegak lurus terhadap permukaan lintasan.
Gaya normal memiliki dua komponen yang relevan:
- Komponen vertikal, \(F_N\cos\theta\), yang menyeimbangkan berat.
- Komponen horizontal, \(F_N\sin\theta\), yang arahnya menuju pusat lintasan melingkar.
Tidak ada gaya gesek karena lintasan dinyatakan tanpa gesekan.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk mengidentifikasi berat dan gaya normal.
- 1 nilai untuk menjelaskan komponen vertikal dan komponen menuju pusat dengan benar.
(b) Turunkan persamaan kelajuan rancangan. (3 nilai)
Karena mobil mempertahankan ketinggian konstan, gaya-gaya vertikal saling menyeimbangkan:
\[ F_N\cos\theta=mg \]
Komponen gaya normal yang menuju pusat menyediakan gaya sentripetal:
\[ F_N\sin\theta=\frac{mv^2}{r} \]
Bagi persamaan gaya ke arah pusat dengan persamaan gaya vertikal:
\[ \frac{F_N\sin\theta}{F_N\cos\theta} =\frac{mv^2/r}{mg} \]
Sederhanakan faktor-faktor yang sama dan gunakan \(\sin\theta/\cos\theta=\tan\theta\):
\[ \tan\theta=\frac{v^2}{rg} \]
Susun ulang persamaan untuk mendapatkan kelajuan:
\[ \boxed{v=\sqrt{rg\tan\theta}} \]
Persamaan ini menunjukkan bahwa kelajuan rancangan bergantung pada jari-jari lintasan, sudut kemiringan, dan kuat medan gravitasi.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk persamaan gaya vertikal yang benar.
- 1 nilai untuk persamaan gaya ke arah pusat yang benar.
- 1 nilai untuk membagi kedua persamaan dan menurunkan persamaan kelajuan rancangan.
(c) Hitung kelajuan rancangan. (2 nilai)
Dengan menggunakan \(r=85.0\,\text{m}\), \(g=9.80\,\text{m s}^{-2}\), dan \(\theta=12.0^\circ\):
\[ \begin{aligned} v&=\sqrt{rg\tan\theta}\\ &=\sqrt{(85.0)(9.80)\tan12.0^\circ}\\ &=13.3\,\text{m s}^{-1} \end{aligned} \]
Kelajuan rancangan adalah \(13.3\,\text{m s}^{-1}\).
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk substitusi yang benar ke dalam persamaan kelajuan rancangan.
- 1 nilai untuk jawaban numerik yang benar beserta satuannya.
Pembahasan 3
(a) Hitung resultan gaya ke arah pusat. (2 nilai)
Resultan gaya ke arah pusat yang diperlukan adalah
\[ F_{\text{in}}=\frac{mv^2}{r} \]
Masukkan massa, kelajuan, dan jari-jari tikungan mobil:
\[ \begin{aligned} F_{\text{in}} &=\frac{(1.20\times10^3)(14.0)^2}{55.0}\\ &=4.28\times10^3\,\text{N} \end{aligned} \]
Mobil memerlukan resultan gaya ke arah pusat sebesar \(4.28\times10^3\,\text{N}\).
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk persamaan dan substitusi yang benar.
- 1 nilai untuk jawaban yang benar beserta satuannya.
(b) Hitung koefisien gesek statis minimum. (3 nilai)
Pada jalan datar horizontal, gaya gesek statis bekerja menuju pusat tikungan. Gaya ini menyediakan resultan gaya ke arah pusat.
Gaya-gaya vertikal saling menyeimbangkan sehingga
\[ F_N=mg \]
Gaya gesek statis maksimum yang tersedia adalah
\[ f_{s,\max}=\mu_s F_N \]
dengan \(f_{s,\max}\) adalah gaya gesek statis maksimum dalam newton dan \(\mu_s\) adalah koefisien gesek statis.
Pada koefisien minimum yang diperlukan agar mobil tidak tergelincir, gaya gesek maksimum sama dengan gaya ke arah pusat yang diperlukan:
\[ \mu_s mg=\frac{mv^2}{r} \]
Hilangkan massa dari kedua ruas dan susun ulang:
\[ \mu_{s,\min}=\frac{v^2}{rg} \]
Masukkan nilai-nilai yang diketahui:
\[ \begin{aligned} \mu_{s,\min} &=\frac{(14.0)^2}{(55.0)(9.80)}\\ &=0.364 \end{aligned} \]
Koefisien gesek statis minimum adalah \(0.364\).
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk mengidentifikasi gaya gesek statis sebagai gaya ke arah pusat.
- 1 nilai untuk menghubungkan gaya gesek maksimum dengan gaya normal dan berat.
- 1 nilai untuk menghitung koefisien minimum dengan benar.
(c) Tentukan apakah mobil dapat melewati tikungan pada kelajuan yang lebih tinggi. (3 nilai)
Pada kelajuan \(16.8\,\text{m s}^{-1}\), koefisien gesek yang diperlukan adalah
\[ \mu_{s,\text{required}}=\frac{v^2}{rg} \]
Dengan melakukan substitusi:
\[ \begin{aligned} \mu_{s,\text{required}} &=\frac{(16.8)^2}{(55.0)(9.80)}\\ &=0.524 \end{aligned} \]
Koefisien yang diperlukan, \(0.524\), lebih besar daripada koefisien yang tersedia, \(0.450\).
Oleh karena itu, gaya gesek statis yang tersedia tidak cukup untuk menyediakan gaya ke arah pusat yang diperlukan. Mobil tidak dapat mempertahankan lintasan melingkarnya dan akan tergelincir menuju sisi luar tikungan.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk persamaan dan substitusi yang benar.
- 1 nilai untuk koefisien yang diperlukan, sekitar \(0.524\).
- 1 nilai untuk membandingkan koefisien yang diperlukan dengan koefisien yang tersedia dan mencapai kesimpulan yang benar.
Pembahasan 4
(a) Hitung komponen vertikal tegangan tali. (2 nilai)
Tali membentuk sudut \(25.0^\circ\) terhadap arah vertikal. Oleh karena itu, komponen vertikal tegangan adalah
\[ T_y=T\cos\theta \]
Dengan melakukan substitusi:
\[ \begin{aligned} T_y&=(12.0)\cos25.0^\circ\\ &=10.9\,\text{N} \end{aligned} \]
Komponen vertikal tegangan adalah \(10.9\,\text{N}\), dengan arah ke atas.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk menggunakan persamaan komponen yang benar.
- 1 nilai untuk jawaban numerik yang benar beserta satuannya.
(b) Evaluasi pernyataan dan hitung percepatan vertikal. (3 nilai)
Berat benda adalah
\[ \begin{aligned} mg&=(0.750)(9.80)\\ &=7.35\,\text{N} \end{aligned} \]
Agar benda bergerak dalam lingkaran horizontal pada ketinggian konstan, komponen vertikal tegangan harus sama dengan beratnya.
Namun,
\[ T_y=10.9\,\text{N}>mg=7.35\,\text{N} \]
Gaya-gaya tersebut tidak seimbang secara vertikal. Pernyataan siswa tidak konsisten dengan nilai-nilai gaya yang diberikan.
Resultan gaya vertikal arahnya ke atas:
\[ \begin{aligned} F_{\text{net},y}&=T_y-mg\\ &=10.9-7.35\\ &=3.53\,\text{N} \end{aligned} \]
Dengan menggunakan hukum kedua Newton,
\[ \begin{aligned} a_y&=\frac{F_{\text{net},y}}{m}\\ &=\frac{3.53}{0.750}\\ &=4.70\,\text{m s}^{-2} \end{aligned} \]
Percepatan vertikal awal adalah \(4.70\,\text{m s}^{-2}\) ke atas. Dalam kondisi ini, benda tidak dapat mempertahankan ketinggian konstan.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk membandingkan komponen vertikal tegangan dengan berat dan mengidentifikasi ketidakseimbangan.
- 1 nilai untuk menghitung resultan gaya vertikal.
- 1 nilai untuk menghitung percepatan dan menyatakan arahnya.
Pembahasan 5
(a) Jelaskan hubungannya. (2 nilai)
Grafik menunjukkan bahwa resultan gaya ke arah pusat meningkat secara linear terhadap kuadrat kelajuan. Data konsisten dengan garis lurus yang melalui titik asal, sehingga
\[ F_{\text{in}}\propto v^2 \]
Dengan kata lain, jika kelajuan menjadi dua kali lipat, resultan gaya ke arah pusat yang diperlukan menjadi empat kali lipat, dengan syarat massa dan jari-jari tetap konstan.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk mengidentifikasi hubungan linear dengan kuadrat kelajuan.
- 1 nilai untuk menyatakan bahwa gaya berbanding lurus dengan \(v^2\).
(b) Hitung dan tafsirkan gradien. (2 nilai)
Gradien adalah perubahan resultan gaya ke arah pusat dibagi dengan perubahan kuadrat kelajuan:
\[ \begin{aligned} \text{gradien} &=\frac{\Delta F_{\text{in}}}{\Delta(v^2)}\\ &=\frac{6.40-0.400}{16.0-1.00}\\ &=0.400\,\frac{\text{N}}{\text{m}^2\text{s}^{-2}}\\ &=0.400\,\text{kg m}^{-1} \end{aligned} \]
Satuannya menyederhana menjadi kilogram per meter.
Persamaan gerak melingkar adalah
\[ F_{\text{in}}=\frac{mv^2}{r} \]
Susun ulang persamaan tersebut ke dalam bentuk persamaan garis lurus:
\[ F_{\text{in}}=\frac{m}{r}v^2 \]
Dengan membandingkan persamaan ini dengan \(y=mx\), gradien grafik menyatakan rasio massa terhadap jari-jari:
\[ \boxed{\text{gradien}=\frac{m}{r}} \]
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk gradien yang benar beserta satuannya.
- 1 nilai untuk mengidentifikasi gradien sebagai \(m/r\).
(c) Hitung massa. (2 nilai)
Dari bagian (b),
\[ \text{gradien}=\frac{m}{r} \]
Susun ulang untuk menjadikan massa sebagai variabel yang dicari:
\[ m=(\text{gradien})r \]
Masukkan nilai gradien dan jari-jari:
\[ \begin{aligned} m&=(0.400)(1.50)\\ &=0.600\,\text{kg} \end{aligned} \]
Massa benda tersebut adalah \(0.600\,\text{kg}\).
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk menyusun ulang hubungan gradien dengan benar dan memasukkan nilai jari-jari.
- 1 nilai untuk massa yang benar beserta satuannya.
Berikan nilai lanjutan jika gradien dari bagian (b) digunakan secara konsisten.
Pembahasan 6
(a) Hitung sudut kemiringan. (3 nilai)
Untuk lintasan miring tanpa gesekan, hubungan kelajuan rancangan adalah
\[ \tan\theta=\frac{v^2}{rg} \]
Masukkan kelajuan, jari-jari, dan kuat medan gravitasi yang diberikan:
\[ \begin{aligned} \tan\theta &=\frac{(20.0)^2}{(120.0)(9.80)}\\ &=\frac{400}{1176}\\ &=0.340 \end{aligned} \]
Dengan mengambil invers tangen, diperoleh
\[ \begin{aligned} \theta&=\tan^{-1}(0.340)\\ &=18.8^\circ \end{aligned} \]
Sudut kemiringan yang diperlukan adalah \(18.8^\circ\) terhadap arah horizontal.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk menggunakan hubungan kelajuan rancangan yang benar.
- 1 nilai untuk substitusi yang benar.
- 1 nilai untuk sudut yang benar.
(b) Hitung gaya normal. (2 nilai)
Mobil tidak mengalami percepatan vertikal sehingga komponen vertikal gaya normal menyeimbangkan beratnya:
\[ F_N\cos\theta=mg \]
Susun ulang:
\[ F_N=\frac{mg}{\cos\theta} \]
Masukkan nilai-nilai yang diketahui:
\[ \begin{aligned} F_N&=\frac{(900.0)(9.80)}{\cos18.8^\circ}\\ &=9.31\times10^3\,\text{N} \end{aligned} \]
Besar gaya normal adalah \(9.31\times10^3\,\text{N}\).
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk menguraikan gaya normal secara vertikal dan menggunakan persamaan yang benar.
- 1 nilai untuk gaya normal yang benar beserta satuannya.
(c) Hitung dan verifikasi komponen gaya ke arah pusat. (2 nilai)
Komponen gaya normal yang menuju pusat adalah
\[ F_{N,\text{in}}=F_N\sin\theta \]
Dengan menggunakan \(F_N\cos\theta=mg\), persamaan ini juga dapat ditulis sebagai
\[ F_{N,\text{in}}=mg\tan\theta \]
Masukkan nilai-nilai yang diketahui:
\[ \begin{aligned} F_{N,\text{in}} &=(900.0)(9.80)\tan18.8^\circ\\ &\approx3.00\times10^3\,\text{N} \end{aligned} \]
Selanjutnya, hitung resultan gaya ke arah pusat yang diperlukan untuk gerak melingkar:
\[ \begin{aligned} F_{\text{in}}&=\frac{mv^2}{r}\\ &=\frac{(900.0)(20.0)^2}{120.0}\\ &=3.00\times10^3\,\text{N} \end{aligned} \]
Komponen gaya normal yang menuju pusat sesuai dengan resultan gaya ke arah pusat yang diperlukan, dengan memperhitungkan pembulatan. Hal ini menegaskan bahwa pada kelajuan rancangan, gaya normal dapat menyediakan gaya sentripetal yang diperlukan.
Panduan penilaian:
- 1 nilai untuk menghitung komponen gaya normal yang menuju pusat.
- 1 nilai untuk menghitung resultan gaya ke arah pusat yang diperlukan dan mengonfirmasi bahwa kedua nilai tersebut sesuai.
Berikan nilai lanjutan pada bagian (b) dan (c) jika sudut dari bagian (a) digunakan secara konsisten, dengan syarat metode yang digunakan benar.