kesetimbangan benda tegar

" KESETIMBANGAN BENDA TEGAR "
 

DISUSUN OLEH :

NURFADILLAH

( RSA1C315013 )

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS JAMBI

2015

Kesetimbangan partikel

Dalam cabang ilmu fisika kita mengenal MEKANIKA. Mekanika ini dibagi dalam 3 cabang ilmu yaitu :

☻KINEMATIKA = Ilmu gerak Ilmu yang mempelajari gerak tanpa mengindahkan penyebabnya.

☻DINAMIKA = Ilmu gaya Ilmu yang mempelajari gerak dan gaya-gaya penyebabnya.

☻ STATIKA = Ilmu keseimbangan Ilmu yang mempelajari tentang keseimbangan benda.

Kali ini kita akan membahas mengenai STATIKA. Benda-benda yang ditinjau kali ini dianggap sebagai benda tegar.

☼Definisi-definisi yang harus dipahami pada statika ☼

Keseimbangan / benda seimbang artinya :

Benda dalam keadaan diam atau pusat massanya bergerak dengan kecepatan tetap. Benda tegar adalah suatu benda yang tidak berubah bentuk bila diberi gaya luar. Partikel adalah benda dengan ukuran yang dapat diabaikan, sehingga benda dapat digambarkan sebagai titik dan gerak yang dialami hanyalah gerak translasi. Oleh karena itu, partikel hanya mengalami gerak translasi (menggeser) dan tidak mengalami gerak rotasi (memutar).

SYARAT-SYARAT SEBUAH BENDA DALAM KEADAAN SETIMBANG/DIAM.

Jika pada sebuah benda bekerja satu gaya F.

Syarat setimbang : Pada garis kerja gaya F itu harus diberi gaya F’ yang besarnya sama dengan gaya F itu tetapi arahnya berlawanan. Jika pada benda bekerja gaya-gaya yang terletak pada satu bidang datar dan garis kerjanya melalui satu titik. Syarat setimbang :

1. Gaya resultanya harus sama dengan nol.
2. Kalau dengan pertolongan sumbu-sumbu x dan y, haruslah : Fx = 0 ; Fy = 0

♥ Jika pada sebuah benda bekerja gaya-gaya yang tidak terletak pada satu bidang datar tetapi garis-garis kerjanya melalui satu titik. Syarat setimbang :
Dengan pertolongan sumbu-sumbu x, y dan z, haruslah : Fx = 0 ; Fy = 0 ; Fz = 0

 ♥ Jika pada sebuah benda bekerja gaya-gaya yang tidak terletak pada satu bidang datar tetapi garis-garis kerjanya tidak melalui satu titik. Syarat setimbang :
Dengan pertolongan sumbu-sumbu x dan y, haruslah : Fx = 0 ; Fy = 0 ; l = 0 Momen gaya-gaya boleh diambil terhadap sebarang titik pada bidang gaya-gaya itu. ( titik tersebut kita pilih sedemikian hingga memudahkan kita dalam menyelesaikan soal-soal ) Perpindahan sebuah gaya kesuatu titik yang lain akan menimbulkan suatu koppel.

KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami perubahan bentuk akibat pengaruh gaya atau momen gaya. Sebenarnya benda tegar hanyalah suatu model idealisasi, karena pada dasarnya semua benda akan mengalami perubahan bentuk apabila dipengaruhi suatu gaya atau momen gaya. Akan tetapi, Karena perubahannya sangat kecil maka pengaruhnya terhadap keseimbangan statik dapat diabaikan.
A. Momen Gaya Momen gaya merupakan salah satu bentuk usaha dengan salah satu titik sebagai titik acuan.
 Misalnya anak yang bermain jungkat-jungkit, dengan titik acuan adalah poros jungkat-jungkit. Pada katrol yang berputar karena bergesekan dengan tali yang ditarik dan dihubungkan dengan beban. Pernahkah Anda melihat permainan roller coaster di pekan raya? Kereta meluncur dan berputar menurut sumbu putaran tertentu. Pernahkah Anda melihat katrol? Sebuah alat yang dapat berputar dan memberikan keuntungan mekanik. Benda yang berotasi pasti ada momen gaya yang bekerja pada benda itu.

♥ Momen gaya adalah hasil kali gaya dan jarak terpendek arah garis kerja terhadap titik tumpu. Momen gaya sering disebut dengan momen putar atau torsi, diberi lambang t (baca: tau).

♥ Momen gaya : adalah kemampuan suatu gaya untuk dapat menyebabkan gerakan rotasi. Besarnya momen gaya terhadap suatu titik sama dengan perkalian gaya dengan lengan momen.

 ♥ Lengan momen : adalah panjang garis yang ditarik dari titik poros sampai memotong tegak lurus garis kerja gaya. t = F . d Dengan : t = momen gaya(N m) d = lengan momen(m) F = gaya(m) Satuan dari momen gaya atau torsi ini adalah N.m yang setara dengan joule.

♥ Momen gaya yang menyebabkan putaran benda searah putaran jarum jam disebut momen gaya positif.

♥ Sedangkan yang menyebabkan putaran benda berlawanan arah putaran jarum jam disebut momen gaya negatif.

Titik 0 sebagai titik poros atau titik acuan.
Momen gaya oleh F1 adalah t1 = + F1 . d1
Momen gaya oleh F2 adalah t2 = – F2 . d2
Pada sistem keseimbangan rotasi benda berlaku resultan momen gaya selalu bernilai nol, sehingga dirumuskan: ∑ t = 0
Pada permainan jungkat-jungkit dapat diterapkan resultan momen gaya = nol. ∑ t = 0 - F2 . d2 + F1 . d1 = 0 F1 . d1 = F2 . d2
Pada sistem keseimbangan translasi benda berlaku resultan gaya selalu bernilai nol, sehingga dirumuskan: ∑ F = 0
Pada mekanika dinamika untuk translasi dan rotasi banyak kesamaan-kesamaan besaran yang dapat dibandingkan simbol besarannya.

♥ Koppel : adalah dua gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah dan memiliki garis-garis kerja yang berbeda.

♥ Momen koppel terhadap semua titik sama besar, yaitu M : F . d. Pasangan gaya aksi - reaksi.

W1 = Gaya berat balok W2 = Gaya berat tali
      Balok digantung dalam keadaan diam pada tali vertikal. gaya W1 dan T1 bukanlah pasangan aksi - reaksi, meskipun besarnya sama, berlawanan arah dan segaris kerja. Sedangkan yang merupakan pasangan aksi - reaksi.
 ☼ TITIK BERAT Setiap benda terdiri atas partikel-partikel yang masing-masing memiliki berat. Resultan dari seluruh berat partikel ini disebut gaya berat benda. Titik rangkap gaya berat benda inilah yang dinamakan titik berat.

Jenis kesetimbangan
 ♥ Keseimbangan translasi adalah keseimbangan yang dialami benda ketika bergerak dengan kecepatan linear konstan (v konstan) atau tidak mengalami perubahan linear (a = 0).
Keseimbangan rotasi adalah keseimbangan yang dialami benda ketika bergerak dengan kecepatan sudut konstan (ω konstan) atau tidak mengalami percepatan sudut (α= 0). Keseimbangan translasi apabila benda tak mempunyai percepatan linier ( a = 0 ) F = 0 dapat diurai ke sumbu x dan y Fx = 0 dan Fy = 0 Fx = 0
Resultan gaya pada komponen sumbu x. Fy = Resultan gaya pada komponen sumbu y. Benda yang mempunyai persyaratan tersebut mungkin : - Diam - Bergerak lurus beraturan. Keseimbangan rotasi, apabila benda tidak memiliki percepatan anguler atau benda tidak berputar ( = 0 ) = 0 Benda yang mempunyai persyaratan tersebut mungkin : - Diam - Bergerak melingkar beraturan.
Keseimbangan translasi dan rotasi, apabila benda mempunyai kedua syarat keseimbangan yaitu : F = 0 = 0 Dari macam-macam keseimbangan yang telah kita ketahui tersebut maka dapat diperjelas denga uraian berikut ini tentang :
♠ Keseimbangan Stabil, Labil dan Indiferen ( Netral )

♠ Pada benda yang diam ( Statis ) kita mengenal 3 macam keseimbangan benda statik, ryaitu :
a. Stabil ( mantap / tetap )
b. Labil ( goyah / tidak tetap )
c. Indiferen ( sebarang / netral )
 Contoh-contoh : Untuk benda ya ng digantung.

 ♥ Keseimbangan stabil :
 apabila gaya yang diberikan padanya dihilangkan. Maka ia akan kedudukan semula. Sebuah papan empat persegi panjang digantungkan pada sebuah sumbu mendatar di P ( sumbu tegak lurus papan ). Titik berat Z dari papan terletak vertikal di bawah titik gantung P, sehingga papan dalam keadaan ini setimbang stabil. Jika ujung A papan di putar sedikit sehingga titik beratnya semula ( Z ), maka kalau papan dilepaskan ia akan berputar kembali kekeseimbangannya semula. Hal ini disebabkan karena adanya suatu koppel dengan gaya berat G dan gaya tegangan tali T yang berputar kekanan. ( G = N ), sehingga papan tersebut kembali kekeseimbangannya semula yaitu seimbang stabil.

 ♥ Keseimbangan labil :
Apabila gaya yang diberikan padanya dihilangkan, maka ia tidak akan dapat kembali ke kedudukan semula. Kalau titik gantung P tadi sekarang berada vertikal di bawah titik berat Z maka papan dalam keadaan seimbang labil Kalau ujung A papan diputar sedikit naik kekiri sehingga titik beratnya sekarang ( Z’ ) di bawah titik beratnya semula ( Z ), maka kalau papan dilepaskan ia akan berputar turun ke bawah, sehingga akhirnya titik beratnya akan berada vertikal di bawah titik gantung P. Hal ini disebabkan karena adanya suatu koppel dengan gaya berat G dan gaya tekanan ( tegangan tali ) T yang berputar kekiri ( G = T ), sehingga papan turun ke bawah dan tidak kembali lagi kekeseimbangannya semula.

♥ Keseimbangan indiferen :
Apabila gaya yang diberikan padanya dihilangkan, maka ia akan berada dalam keadaan keseimbangan, tetapi di tempat yang berlainan. Kalau titik gantung P tadi sekarang berimpit dengan titik berat Z, maka papan dalam keadaan ini setimbang indiferen. Kalau ujung A papan di putar naik, maka gaya berat G dan gaya tekanan T akan tetap pada satu garis lurus seperti semula ( tidak terjadi koppel ) sehingga papan di putar bagaimanapun juga ia akan tetap seimbang pada kedudukannya yang baru. Untuk benda yang berada di atas bidang datar.

♥ Keseimbangan stabil :
Sebuah pararel epipedum siku-siku ( balok ) diletakkan di atas bidang datar, maka ia dalam keadaan ini seimbang stabil, gaya berat G dan gaya tekanan N yang masing-masing bertitik tangkap di Z ( titik berat balok ) dan di A terletak pada satu garis lurus. Kalau balok tersebut diputar naik sedikit dengan rusuk B sebagai sumbu perputarannya, maka gaya tekanan N akan pindah ke B, dan dalam keadaan ini akan pindah ke B, dan dalam keadan ini akan timbul suatu koppel dengan gaya-gaya G dan N yang berputar ke kanan ( G = N ) sehingga balok tersebut kembali keseimbangannya semula yaitu seimbang stabil.

♥ Keseimbangan labil :
Sebuah pararel epipedum miring ( balok miring ) yang bidang diagonalnya AB tegak lurus pada bidang alasnya diletakkan diatas bidang datar, maka ia dalam keadaan ini setimbang labil, gaya berat G dan gaya tekanan N yang masing-masing melalui rusuk B dari balok tersebut terletak pada satu garis lurus. Titik tangkap gaya tekanan N ada pada rusuk N. Kalau balok tersebut diputar naik sedikit dengan rusuk B sebagai sumbu putarnya, maka gaya tekanan N yang berputar kekiri ( G = N ), sehingga balok tersebut akan turun kebawah dan tidak kembali lagi kekeseimbangannya semula.

 ♥ Keseimbangan indiferen :
Sebuah bola diletakkan diatas bidang datar ia dalam keadaan ini seimbang indiferen. Kalau bola dipindah / diputar, maka gaya berat G dan gaya tekanan N akan tetap pada satu garis lurus seperti semula ( tidak terjadi koppel ), sehingga bola berpindah / berputar bagaimanapun juga ia akan tetap seimbang pada kedudukan yang baru.

          Kesetimbangan merupakan konsep yang sangat erat kaitannya dengan kenyamanan hidup manusia. Dalam tubuh manusia saja konsep kesetimbangan itu ada. Manusia bisa berjalan dengan baik salah satunya ada konsep kesetimbangan. Benda dikatakan mencapai kesetimbangan jika benda tersebut dalam keadaan diam/statis atau dalam keadaan bergerak beraturan/dinamis.