Dalam sebuah percobaan sederhana di kelas fisika, seorang siswa memutar sebuah batu yang diikatkan pada ujung seutas tali, sedemikian rupa sehingga batu tersebut bergerak secara horizontal. Mereka bertujuan untuk mengeksplorasi konsep kecepatan dan gaya sentripetal dalam gerakan melingkar yang dihasilkan dari aksi tersebut. Kemudian percobaan ini dimodifikasi dengan menjadikan laju pemutaran batu dobel lipat pada semula. Berikut ini akan dijelaskan konsep fisika dengan menghitung gaya sentripetal yang dihasilkan dari modifikasi tersebut.
Keadaan Awal:
Pada keadaan awal, eksperimen belum dimodifikasi dan batu hanya diputar dengan laju tertentu, misal T adalah waktu untuk satu putaran sempurna. Sebuah benda yang bergerak melingkar akan mengalami gaya sentripetal yang mengarah ke pusat lingkaran. Gaya sentripetal didefinisikan oleh persamaan berikut:
Gaya sentripetal (F) = massa (m) * kecepatan^2 (v^2) / radius (r)
Gaya sentripetal ini bekerja untuk memungkinkan batu bergerak dalam lintasan melingkar yang konsisten.
Keadaan Setelah Modifikasi:
Pada keadaan ini, laju pemutaran batu dipercepat 2 kali lipat. Secara matematis, kecepatan sekarang menjadi:
Kecepatan baru (v') = 2 * (v), atau,
T' = T/2
Saat laju pemutaran batu dioptimalkan, gaya sentripetal perlu ditemukan kembali menggunakan persamaan sebelumnya:
Gaya sentripetal yang baru (F') = massa (m) * kecepatan baru^2 (v'^2) / radius (r)
Kemudian harus dilanjutkan dalam menggantikan nilai kecepatan sebelumnya yang sudah dikalikan 2.
F' = massa (m) * (2 * v)^2 / radius (r)
Dengan mengurangkan persamaan ini, akan ditemukan bahwa:
F' = 4 * massa (m) * v^2 / radius (r)
Jadi, berdasarkan persamaan gaya sentripetal yang baru (F’), akan tampak jelas bahwa gaya sentripetal yang baru ujungnya adalah 4 kali lebih besar daripada gaya sentripetal sebelumnya (F).
Jadi, jawabannya apa?
Ketika laju diputarnya batu dijadikan 2 kali semula, gaya sentripetal yang dihasilkan menjadi 4 kali lebih besar daripada gaya sentripetal sebelumnya.
