Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar

Materi.id-Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar| Hai sahabat MateriID, kali ini kita akan membahas materi fisika kelas 11 atau xi semester 2 pada bab yang pertama yaitu tentang dinamika rotasi dan kesetimbangan benda tegar. Banyak penulis buku memberikan judul yang berbeda-beda untuk pokok bahasan ini diantaranya rotasi benda tegar, momentum sudut dan rotasi benda tegar, ada pula yang menuliskan rotasi benda tegar. Namun walaupun berbeda judul, memiliki pokok bahasan yang sama.

Pengertian dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar

Sebelum kita membahas lebih dalam tentang dinamika rotasi dan kesetimbangan benda tegar, apakah para sahabat sudah mengetahui pengertian dari dinamika rotasi itu sendiri? Dalam fisika dikenal dua istilah yaitu kinematika dan dinamika. Kinematikana adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari gerak benda namun penyebabnya tidak dipelajari, sedangkan dinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari gerak benda serta penyebabnya juga di perhitungkan. Sedangkan rotasi adalah gerak yang dilakukan oleh suatu benda bergerak mengelilingi sumbu putarnya atau porosnya.

Lalu bagaimana dengan Kesetimbangan benda tegar? Kalau kita mendengar kata kesetimbangan, maka kamu juga akan mengingat pada pelajaran kimia yaitu kesetimbangan laju reaksi. Setimbang artinya sama, dimana jumlah gaya-gaya yang bekerja adalah no. Sedangkan benda tegar adalah suatu benda yang tidak berubah ketika benda tersebut diberi gaya. Sehingga sesudah dan sebelum diberi gaya bentuk benda tersebut adalah sama atau tidak berubah.

Untuk memahami apa saja yang akan kalian pelajari dibagian ini, perhatikan peta konsep tentang materi Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar

Peta Konsep Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar

Peta Konsep Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar

Momen Gaya (Torsi)

Bahasan pertama pada bab ini adalah momen gaya atau sering dikenal dengan torsi. Konsep ini sering sekali kalian lakukan ketika masih kecil. Pernahkah kalian bermain jungkat-jungkit? Perhatikan pada gambar di bawah ini:

Momen Gaya atau Torsi Jungkat- Jungkit

Momen Gaya atau Torsi Jungkat- Jungkit

Ketika kita meletakkan sebuah beban dititik A maka batang akan turun kebawah titik A, dan sebaliknya jika kita meletakkannya di titik C. Gerakan mengguling pada batang jungkat-jungkit ini disebabkan oleh pengaruh torsi atau dikenal dengan momen gaya. Torsi atau momen gaya merupakan gaya yang bekerja pada sebuah benda dengan jarak tertentu terhadap titik pusat pada benda tersebut. Jarak tersebut diukur dari titik pusat atau porosnya. Dari pengertian tersebut maka ditulis sebagai berikut persamaannya:

Persamaan Momen Gaya Atau Torsi

Persamaan Momen Gaya Atau Torsi

Momen gaya inilah yang menyebabkan suatu benda dapat berotasi.

Momen Inersia

Pada gerak rotasi kalian akan mengenal dengan istilah momen inersia. Inersia berarti lembam atau mempertahankan diri. Momen inersia berarti besaran yang nilainya tetap pada suatu gerak rotasi. Besaran ini analog dengan massa pada gerak translasi atau lurus. Masih ingatkan materi di kelas X tentang hukum Newton?

Momen inersia pada suatu benda bergantung pada massa benda dan jarak massa benda tersebut terhadap sumbu rotasi. Jika benda berupa partikel atau titik bermassa m berotasi mengelilingi sumbu putar yang berjarak r, momen inersia partikel itu dinyatakan dengan persamaan:

Persamaan Momen Inersia

Persamaan Momen Inersia

k adalah nilai konstanta inersia yang besarnya tergantung pada suhu dan bentuk bendanya.

Lalu bagaimana dengan momen inersia benda tegar yang lainnya. Perhatikan gambar dibawah ini, berikut ini daftar momen inersia untuk beberapa benda tegar.

Momen inersia untuk beberapa Benda Tegar

Momen inersia untuk beberapa Benda Tegar

Dinamika Rotasi

Sudah saya jelaskan diatas bahwa jika pada gerak translasi yang mempengaruhui benda bergerak adalah Gaya, sedangkan pada benda berotasi adalah momen gaya. Besaran-besaran pada gerak transalsi hampir mirip dan digunakan pada gerak rotasi. Perhatikan tabel dibawah ini, berikut adalah analogi besaran-besaran yang digunakan pada gerak translasi dan digunakan juga pada gerak rotasi.

Jika kita mengulas kebelakang tentang Hukum Newton yang kedua, persamaan gerak translasi benda diam bermassa m yang dikenai gaya F dan bergerak dengan percepatan a adalah F = m.a. Demikian juga untuk benda dengan momen inersia I yang bergerak rotasi dengan percepatan sudut α karena adanya momen gaya τ , persamaannya adalah τ = I .α .

Berikut ini untuk mengingat tentang beberapa besaran di translasi dan juga bisa di analogikan di gerak rotasi

Persamaan Gerak Translasi dan Gerak Rotasi

Persamaan Gerak Translasi dan Gerak Rotasi

Hubungan antara Momen Gaya dan Percepatan Sudut

Hubungan antara momen gaya dan percepatan sudut yang sudah saya jabarkan di atas yaitu kita analogikan sesuai dengan hukum 2 Newton yaitu sebagai berikut:

Hubungan Momen Gaya dengan Percepatan Sudut

Energi dan Usaha dalam Gerak Rotasi

Pernahkah kalian melihat delman? Coba anda bayangkan roda dari delman tersebut. Agar dapat berpindah posisi maka roda delman tersebut harus mengelinding bukan? Gerakan menggelinding ini adalah perpaduan dari gerak rotasi dan gerak translasi. Perlu anda pahami bahwa dalam melakukan gerak menggelinding, dibutuhkan gaya gesek antara benda dengan permukaan. Jika tidak ada gaya gesek tentu kalian akan tau apa akibatnya bukan? Benar sekali benda atau roda tersebut akan tergelincir atau slip (benda hanya melakukan gerak translasi).

Ketika sedang menggelinding, benda memiliki energi kinetik yang terbagi atas dua jenis, yaitu energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi. Energi kinetik translasi sering kita temui yaitu 1/2 m v^2 sedangkan enerki kinetik rotasi hampir sama, masa benda diganti dengan momen inersia benda dan kecepatannya diganti dengan kecepatan sudut.

Momentum Sudut dan Hukum Kekekalan Momentum Sudut

Pernahkah kalian melihat pemain balet ataupun penari di seluncur es, dia akan memainkan posisi tangan mereka dalam melakukan pertunjukan. Penari ini memanfaatkan pemahaman dari konsep materi ini.

Momentum sudut didefinisikan sebagai perkalian antara momen inersia dan kecepatan sudut. Secara matematis, ditulis sebagai berikut rumusnya:

Persamaan Rumus Momentum Sudut

Persamaan Rumus Momentum Sudut

Jika momen gaya luar sama dengan nol, berlaku Hukum Kekekalan Momentum Sudut, yaitu momentum sudut awal akan sama besar dengan momentum sudut akhir. Sehingga berlaku persamaan hukum kekekalan momentum sudut sebagai berikut:

Lawal = L Akhir

Kesetimbangan Benda Tegar

Syarat Kesetimbangan

Menurut Hukum Pertama Newton, apabila resultan gaya-gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol,  percepatan benda tersebut juga akan sama dengan nol. Hal ini juga berlaku untuk gerak translasi dan gerak rotasi. Apabila pada benda berlaku hubungan Σ F = 0 dan Στ = 0 (a = 0 dan α = 0) maka dikatakan benda tersebut dalam
keadaan setimbang.

Lalu, apakah kesetimbangan terjadi hanya pada yang diam? Tidak. Benda yang bergerak dengan kecepatan tetap bisa setimbang.

Pusat Massa dan Titik Berat

Benda tegar yang melakukan gerak rotasi, memiliki pusat massa yang tidak melakukan gerak translasi (v = 0). Berbeda dengan sebuah partikel yang bergerak melingkar beraturan, partikel tersebut memiliki pusat massa
yang melakukan gerak translasi (v ≠ 0) dengan arah yang selalu berubah karena adanya percepatan sentripetal, as di mana F ≠ 0.

Letak pusat massa suatu benda menentukan kestabilan (kesetimbangan) benda tersebut. Jika dari titik pusat massa benda ditarik garis lurus ke bawah dan garis tersebut jatuh pada bagian alas benda, dikatakan benda berada
dalam keadaan setimbang stabil. Namun, apabila garis lurus yang ditarik dari titik pusat massa jatuh di luar alas benda maka benda dikatakan tidak stabil.

Pernahkah kalian mendengar menara pisa? Mengapa menara tersebut miring namun tetap kokoh berdiri? Coba perhatikan gambar dibawah ini

Kesetimbangan Benda Tegar

Pusat Masa Menara Pisa

Demikianlah pembahasan singkat mengenai Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Beda Tegar. Semoga bermanfaat, jangan lupa di share ya. Terimakasih

Leave a Reply