Jurnal Fisika
Kesetimbangan Benda Tegar Oleh : Yulia Nanda Bintani XI. Aksel - 1
A. ABSTRAK Kata kunci : Elektromagnetik, frekuensi, radar, radio, spektrum. B. LATAR BELAKANG Dalam kehidupan sehari -hari, tidak semua benda yang dijumpai selalu bergerak. Sebelum bergerak,benda pasti diam, demikian juga setelah bergerak, mungkin benda akan berhenti. Di samping itu, ada juga benda yang selalu diam atau dirancang untuk tetap diam. C. TUJUAN a. Kompetensi Dasar : Menformulasikan hubungan antara konsep torsi, momen inersia dan momentum sudut, berdasarkan hukum II Newton serta penerapannya dalam masalah benda tegar b. Indikator : Menerapkan konsep titik berat benda dalam kehidupan sehari -hari
A. Pengertian Benda tegar yaitu benda yang jika dikenai gaya dan kemudian gayanya dihilangkan bentuk dan ukurannya tidak berubah. Tentu saja gaya yang bekerja pada benda tersebut besarnya dalam batas kewajaran sehingga pengaruh gaya tersebut tidak mengakibatkan kerusakan pada benda yang dikenainya, dan perlu untuk diingat bahwa benda itu sendiri tersusun atas partikel-partikel kecil.
Benda tegar berada pada kesetimbangan static jika dalam kondisi mengalami kesetimbangan translasi dan keseimbangan rotasi. - Kesetimbangan transalasi terjadi ketika pe rcepatan gerakan benda nol, sehingga resultan gaya nol. - Kesetimbangan rotasi terjadi jika besarnya percepatan sudut benda adalah nol, sehingga resultan torsinya nol. B. Mengapa mempelajari kesetimbangan benda tegar? Konsep keseimbangan benda tegar merupakan pengetahuan dasar yang sangat penting dan mempunyai banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, khususnya bidang teknik. C.
Macam ± Macam dan
Contoh
Kesetimbangan Benda Tegar Kesetimbangan Stabil Kesetimbangan stabil ditandai dengan naiknya letak titik berat benda jika dberi gaya pengganggu. Setelah gaya pengganggunya hilang, benda akan kembali pada keadaan semula. Contoh benda yang memiliki ketimbangan stabil itu adalah kursi malas.
Kesetimbangan Labil Kesetimbangan labil ditandai dengan turunnya l etak titik berat benda jika dberi gaya pengganggu. Biasanya, setelah gaya pengganggunya hilang, benda tidak kembali pada kedudukan semula. Contoh benda yang memiliki ketimbangan labil adalah sebuah batang kayu yang berdiri tegak.
Kesetimbangan Indiferen (Netral) Kesetimbangan netral ditandai dengan tidak berubahnya posisi titik berat benda sebelum dan sesudah diberi gaya pengganggu. Biasanya,
setelah gaya pengganggunya hilang, benda tidak kembali pada kedudukan semula. Contoh benda yang memiliki ketimbangan netral adalah sebuah silinder yang diletakkan di lanta datar. D. Syarat ± Syarat Kesetimbangan Benda Tegar SYARAT I
Dalam hukum II Newton, kita belajar bahwa jika terdapat gaya total yang bekerja pada sebuah benda (benda dianggap sebagai partikel tunggal), maka benda akan bergerak lurus, di mana arah gerakan benda = arah gaya total. Kita bisa menyimpulkan bahwa untuk membuat sebuah benda diam, maka gaya total harus = 0. Gaya total = Jumlah semua gaya yang bekerja pada benda. Secara matematis bisa kita tulis seperti ini : Persamaan Hukum II Newton : F = ma a = 0 Kita bisa menguraikan persamaan ini ke dalam komponen sumbu x, sumbu y dan sumbu z Fx = 0 Persamaan1 Fy = 0 Persamaan2 Fz = 0 Persamaan3 Keterangan gambar : F = gaya tarik Fg = gaya gesek N = gaya normal w = gaya berat m = massa g = percepatan gravitasi Benda ini dikatakan berada dalam keadaan diam, karena jumlah semua gaya yang bekerja pada -nya = 0. Sekarang coba kita tinjau setiap gaya yang bekerja pada benda. Gaya yang bekerja pada komponen horisontal (sumbu x) : Fx = 0 F í fg = 0 F = fg Gaya tarik (F) dan gaya gesek (fg) mempunyai besar yang sama. Arah kedua gaya ini berlawanan. Arah gaya tarik ke kanan atau menuju sumbu x positif (bernilai positif), sebaliknya arah gaya gesekan ke kiri atau menuju sumbu x negatif (bernilai negatif). Karena besar kedua gaya sama (ditandai dengan panjang panah) dan arahnya berlawanan, maka jumlah kedua gaya ini = 0.
Gaya yang bekerja pada komponen vertikal (sumbu y) : Fy = 0 N í w = 0 N í mg = 0 N = mg Pada komponen vertikal (sumbu y), terdapat gaya berat (w) dan gaya normal (N). Arah gaya berat tegak lurus menuju pusat bumi atau menuju sumbu y negatif (bernilai negatif), sedangkan arah gaya normal berlawanan dengan arah gaya berat atau menuju sumbu y positif (bernilai positif) . Karena besar kedua gaya ini sama sedangkan arahnya berlawanan maka kedua gaya saling melenyapkan. Benda pada contoh di atas berada dalam keadaan seimbang alias diam, karena gaya total atau jumlahsemua gaya yang bekerja pada benda, baik pada sumbu horisontal maupun sumbu vertikal = 0. SYARAT II
Dalam dinamika rotasi, kita belajar bahwa jika terdapat torsi total yang bekerja pada sebuah benda (benda dianggap sebagai benda tegar), maka benda akan melakukan gerak rotasi. Dengan demikian, agar benda tidak berotasi (baca : tidak bergerak), maka torsi total harus = 0. Torsi total = jumlah semua torsi yang bekerja pada benda. Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut : Persamaan Hukum II Newton untuk gerak rotasi : =
I
= 0
Keterangan : (baca : sigma) = Jumlah (baca : alfa) = Percepa tan Sudut = Torsi Ketika sebuah benda diam (tidak berotasi), benda tidak punya percepatan sudut (alfa). Karena percepatan sudut = 0, maka persamaan di atas berubah menjadi : = 0 Secara singkat, dua syarat di atas dapat dinyatakan sebagai berikut : Fx = 0 Fy = 0 =0
kesetimbangan translasi kesetimbangan rotasi
