Sebuah mobil dengan massa 1000 kg melewati belokan jalan yang berbentuk setengah lingkaran

Bagi kalian penggemar MotoGP tentunya kalian sudah tidak asing dengan gambar pembalap di bawah ini. Dia adalah salah satu rider terbaik asal Spanyol bernama Marc Marquez, juara MotoGP musim 2016 lalu. Dalam race yang dapat kalian tonton secara live di televisi, mungkin tidak sedikit para rider yang tergelincir saat menikung di jalan melengkung. Tahukah kalian apa sebabnya?

Ada banyak faktor yang menyebabkan para pembalap MotoGP tergelincir atau slip saat menikung di jalan melengkung, di antaranya adalah kondisi jalan licin saat basah, kondisi ban yang sudah aus, sudut kemiringan motor dan pembalap dengan jalan, bersenggolan dengan pembalap lain serta kecepatan maksimum saat di tikungan.

Lalu sekarang yang menjadi pertanyaannya adalah berapakah kecepatan maksimum yang diperbolehkan saat menikung di jalan melengkung agar tidak slip? Untuk mengetahui jawabannya, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini.

Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan v melewati sebuah tikungan datar horizontal. Bentuk tikungan melengkung dengan jari-jari sebesar R seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Pada saat berada di tikungan, komponen gaya yang bekerja pada mobil tersebut adalah sebagai berikut.

Pada sumbu vertikal

ΣF = ma

N – w = ma

Karena dalam arah vertikal tidak terjadi gerak, maka percepatan sama dengan nol [a = 0] sehingga

N – w = 0

N = w

N = mg ………. Pers. [1]

Pada sumbu horizontal

Pada sumbu horizontal, hanya ada gaya gesek statis fs . Karena gaya gesek ini bekerja pada arah radial [berhimpit dengan jari-jari lintasan] dan menuju pusat lingkaran, maka gaya gesek bertindak sebagai gaya sentripetal positif. Tentunya kalian sudah mengetahui bahwa gaya gesek statis memiliki nilai maksimum μsN.

ΣFs = mas

fs = mas

μsN = mas

Dari persamaan [1] kita dapatkan nilai N = mg, sehingga persamaan di atas menjadi seperti berikut.

μsmg = mas

karena as = v2/R, maka

Sehingga kita peroleh rumus kecepatan maksimum di tikungan datar agar tidak slip adalah sebagai berikut.

Agar kalian dapat memahami penerapan rumus kecepatan maksimum di atas, silahkan kalian pahami dua contoh soal dan pembahasannya berikut ini.

Contoh Soal #1

Sebuah sepeda motor membelok pada tikungan berbentuk busur lingkaran dengan jari-jari 10 meter. Jika koefisien gesekan statik antara roda dan jalan adalah 0,25 dan g = 10 m/s2, maka kecepatan motor terbesar yang diizinkan adalah…

Jawab

Diketahui:

R = 10 m

μs = 0,25

g = 10 m/s2

maka dengan menggunakan persamaan [2], kecepatan terbesar dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut.

vmaks = √μsgR

vmaks = √[0,25][10][10]

vmaks = √25

vmaks = 5 m/s

Dengan demikian, kecepatan motor terbesar yang diizinkan [agar tidak tergelincir] adalah sebesar 5 m/s.

Contoh Soal #2

Sebuah mobil melintasi tikungan datar berjari-jari 50 m dengan kelajuan 54 km/jam. Apakah mobil akan belok atau tergelincir jika:

a] Jalannya kering dengan koefisien gesekan statis μs = 0,6

b] Jalannya sedikit licin dengan koefisien gesekan statis μs = 0,2

Jawab

Pada kasus ini diketahui R = 50 m, v = 54 km/jam = 15 m/s maka

a] untuk μs = 0,6

vmaks = √μsgR

vmaks = √[0,6][10][50]

vmaks = √300

vmaks = 17,32 m/s

karena kelajuan mobil v = 54 km/jam = 15 m/s lebih kecil daripada kelajuan maksimum, maka mobil akan berbelok dengan aman [tidak tergelincir].

b] untuk μs = 0,2

vmaks = √μsgR

vmaks = √[0,2][10][50]

vmaks = √100

vmaks = 10 m/s

karena kelajuan mobil v = 54 km/jam = 15 m/s lebih besar daripada kelajuan maksimum, maka mobil akan tergelincir.

Referensi:

Demikianlah artikel tentang cara menentukan rumus kecepatan maksimum di tikungan datar horizontal beserta gambar ilustrasi dan diagram gayanya dilengkapi contoh soal dan pembahasan. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, huruf, ataupun angka dalam perhitungan, mohon informasikan kepada kami via Contact Us. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.