ini gan, contoh makalah yang aku buat untuk tugas makalah fisika ku tntang KESEIMBANGAN BENDA TEGAR nih ,🙂
ok, cekidot ajah deh

 

 

 

 

 

Keseimbangan Benda Tegar

Sejauh ini kita sudah mempelajari dan menganalisis benda-benda yang bergerak. Setiap benda yang bergerak tentu saja punya kecepatan. Jika benda melakukan gerak lurus, benda itu punya kecepatan linear atau biasa disingkat kecepatan. Sedangkan benda yang melakukan gerak rotasi punya kecepatan sudut. Btw, benda yang diam tidak mungkin tiba-tiba saja bergerak, pasti ada penyebab yang membuat benda itu bergerak. Demikian juga benda yang sedang bergerak tidak mungkin tiba-tiba berhenti tanpa penyebab. Dalam fisika, penyebab gerakan benda itu dikenal dengan julukan gaya. Sebuah benda bisa bergerak lurus jika gaya yang dikerjakan pada benda itu lebih besar daripada gaya hambat (gaya gesekan). Selisih antara gaya yang dikerjakan pada benda dengan gaya gesekan disebut gaya total. Jadi yang membuat benda bisa bergerak lurus adalah gaya total. Mengenai hal ini sudah kita pelajari dalam hukum II Newton (Dinamika).

Selain melakukan gerak lurus, benda juga bisa melakukan gerak rotasi. Benda yang melakukan gerak rotasi disebabkan oleh adanya Torsi. Jika torsi yang dikerjakan pada benda yang diam lebih besar dari torsi yang menghambat, maka benda akan berputar alias berotasi. Dalam hal ini selisih antara torsi yang dikerjakan pada benda dengan torsi yang menghambat disebut torsi total. Jadi sebenarnya yang membuat benda berotasi adalah torsi total. Torsi = gaya x lengan gaya. Ketika kita memberikan torsi pada sebuah benda, sebenarnya kita memberikan gaya pada benda itu, tapi gaya itu dikalikan juga dengan panjang lengan gaya.  Torsi yang menghambat disebabkan oleh adanya gaya gesekan. Lebih tepatnya torsi yang menghambat = hasil kali gaya gesekan denga panjang lengan gaya.

Konsep gaya total dan torsi total perlu dipahami dengan baik sehingga bisa membantu kita lebih nyambung dengan pokok bahasan keseimbangan benda tegar.

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. Kalau bergerak malah bisa menyebabkan malapetaka. Salah satu contoh sederhana adalah jembatan. Jembatan yang tidak dirancang dengan baik akan ikut  bergerak alias roboh jika tidak mampu menahan beban kendaraan yang lewat di atas jembatan tersebut. Gedung yang tidak dirancang dengan baik juga akan langsung roboh jika diguncang gempa bumi berskala kecil atau besar.   Konsep keseimbangan benda tegar merupakan pengetahuan dasar yang sangat penting dan mempunyai banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, khususnya bidang teknik.

Dalam pembahasan ini, kita tetap menganggap benda sebagai benda tegar. Benda tegar hanya bentuk ideal yang kita pakai untuk menggambarkan suatu benda. Suatu benda disebut sebagai benda tegar jika jarak antara setiap bagian benda itu selalu sama. Dalam hal ini, setiap benda bisa kita anggap tersusun dari partikel-partikel atau titik-titik, di mana jarak antara setiap titik yang tersebar di seluruh bagian benda selalu sama. Benda tegar juga disebut benda kaku.

Dalam kenyataannya, setiap benda bisa berubah bentuk (menjadi tidak tegar), jika pada benda itu dikenai gaya atau torsi. Misalnya beton yang digunakan untuk membangun jembatan bisa bengkok, bahkan patah jika dikenai gaya berat yang besar (ada kendaraan raksasa yang lewat di atasnya)

Derek bisa patah jika beban yang diangkat melebihi kapasitasnya. Mobil bisa bungkuk kalau gaya berat penumpang melebihi kapasitasnya. Dalam hal ini benda-benda itu mengalami perubahan bentuk. Jika bentuk benda berubah, maka jarak antara setiap bagian pada benda itu tentu saja berubah alias benda menjadi tidak tegar lagi. Untuk menghindari hal ini, maka kita perlu mempelajari faktor-faktor apa saja yang dibutuhkan agar sebuah benda tetap tegar. Dalam merancang sesuatu, para ahli teknik biasanya memperhitungkan hal ini secara saksama. Para ahli perteknikan biasanya menganggap bentuk benda tetap tegar jika benda itu dikenai gaya atau torsi. Mereka juga memperhitungkan faktor elastisitas bahan (Ingat hukum hooke dan elastisitas) dan memperkirakan secara saksama gaya dan torsi maksimum agar benda tetap tegar. Demikian juga para ahli teknik pertubuhan (dokter).

Yang akan kita pelajari dalam pokok bahasan keseimbangan benda tegar adalah :

  1. Pusat massa
  2. Titik berat alias pusat gravitasi
  3. Syarat-syarat keseimbangan benda tegar
  4. Jenis-jenis kesimbangan
  5. Penyelesaian masalah keseimbangan benda tegar

PUSAT MASA

Konsep pusat massa berkaitan erat dengan titik berat alias pusat gravitasi yang akan kita pelajari nanti.

Konsep Partikel

Dalam pokok bahasan gerak lurus (GLB, GLBB, Gerak jatuh bebas, Gerak Vertikal), gerak parabola dan gerak melingkar, setiap benda kita anggap sebagai partikel; lebih tepatnya partikel tunggal. Penggunaan istilah partikel ini hanya untuk mempermudah pembahasan mengenai gerakan, di mana suatu benda digambarkan seperti suatu titik. Ketika sebuah benda bergerak, mobil misalnya, bagian depan, bagian samping dan bagian belakang mobil itu mempunyai kecepatan yang sama. Apabila kita menganggap mobil terdiri banyak titik yang tersebar di seluruh bagian mobil itu, maka ketika bergerak, setiap titik yang tersebar di seluruh mobil itu punya kecepatan yang sama. Karenanya tidak ada salahnya jika kita menganggap mobil seperti satu titik, karena gerakan satu titik bisa menggambarkan gerakan keseluruhan mobil.

Perlu diketahui bahwa kita memperlakukan benda sebagai partikel tunggal hanya ketika benda-benda itu melakukan gerak translasi (gerak lurus, gerak parabola, gerak melingkar dkk). Jika suatu benda melakukan gerak rotasi, benda tidak bisa kita anggap sebagai partikel karena kasusnya sudah berbeda. Dalam gerak rotasi, benda dianggap sebagai benda tegar (benda terdiri dari banyak partikel, di mana jarak antara setiap partikel yang menyusun benda itu selalu sama). Benda tidak bisa dianggap sebagai partikel karena gerakan satu partikel tidak bisa mewakili keseluruhan gerakan benda. Dalam hal ini, kecepatan setiap bagian benda yang melakukan gerak rotasi berbeda-beda. Dalam penjelasan sebelumnya, mengatakan bahwa setiap benda dianggap sebagai partikel apabila benda-benda itu melakukan gerak translasi. Sebaliknya, benda-benda yang melakukan gerak rotasi dianggap sebagai benda tegar, bukan sebagai partikel. Walaupun demikian, ketika sebuah benda berotasi atau melakukan gerak umum (mengenai gerak umum akan dijelaskan kemudian. Tuh di bawah), terdapat satu bagian pada benda itu (bisa kita sebut sebagai partikel atau titik) yang bergerak seperti sebuah partikel tunggal dalam gerak translasi. Titik ini dikenal dengan julukan pusat massa. Untuk memudahkan pemahamanmu, menggunakan contoh…

Contoh Gerak Umum 1 :

Ini merupakan salah satu contoh gerak umum. Gerak umum itu suatu jenis gerakan di mana benda tidak melakukan gerak translasi murni. Dengan kata lain, tidak semua bagian benda bergerak melalui lintasan yang sama. Perhatikan gambar gerakan tongkat di bawah. Tongkat melakukan gerak rotasi sepanjang arah horisontal (ke kanan). Ketika berotasi, posisi tongkat selalu berubah-ubah. Walaupun demikian, terdapat satu bagian tongkat yang bergerak sepanjang lintasan lurus yang diberi garis putus-putus. Bagian tongkat itu tandai dengan titik hitam. Bagian tongkat yang diberi tanda titik hitam itu adalah pusat massa tongkat.

 

Contoh Gerak Umum 2 :

Tongkat dilempar ke atas dan gerakannya hanya dipengaruhi oleh gravitasi. Walaupun posisi tongkat berubah-ubah (gerakan tongkat kacau balau ), terdapat satu bagian tongkat (titik hitam pada tongkat) yang bergerak menempuh lintasan yang sama. Bagian tongkat yang diberi titik hitam itu adalah pusat massa tongkat. Pusat massa tongkat melakukan gerak translasi. Dalam hal ini lintasan pusat massa tongkat berbentuk parabola, mirip seperti lintasan benda (benda dianggap sebagai partikel tunggal) yang melakukan gerak parabola (ingat pokok bahasan gerak parabola)

Contoh Gerak Menggelinding :

Gambar di bawah ini merupakan gambar sebuah benda sedang menggelinding (ke kanan). Sepanjang gerakannya, benda tidak tergelincir alias tidak selip. Perhatikan titik A dan B. Ketika benda menggelinding ke kanan, posisi titik A selalu berubah, sedangkan titik B tetap. Titik B merupakan pusat massa benda. Arah lintasannya

berupa garis putus-putus. Dalam hal ini titik B (pusat massa) melakukan gerak lurus, sedangkan titik A melakukan gerak rotasi.

Contoh Gerak Lurus :

Ini merupakan contoh sebuah benda yang melakukan gerak lurus. Titik hitam itu mewakili pusat massa benda. Jika bentuk benda beraturan, seperti gambar di bawah, pusat massa-nya terletak tepat di tengah benda itu.

Seperti yang kita lihat pada gambar, ketika benda melakukan gerak lurus, pusat massa benda juga melakukan gerak lurus. Lintasannya ditandai dengan garis putus-putus. Jadi tidak ada salahnya jika setiap benda yang melakukan gerak translasi dianggap sebagai partikel alias titik. Partikel alias titik itu bisa menggambarkan pusat massa benda. Dengan kata lain, ketika kita mengandaikan setiap benda seperti partikel, kita menganggap massa benda seolah-olah terkonsentrasi pada pusat massa-nya. Karenanya analisis kita hanya terbatas pada titik dimana pusat massa benda berada.

Menentukan Posisi Pusat Massa

Pada pembahasan sebelumnya, gurumuda sudah mengantarmu berjalan-jalan bersama pusat massa, kali ini kita mencoba mengoprek persamaan yang akan digunakan untuk menentukan posisi pusat massa benda. Ingat ya, pembahasan mengenai pusat massa gurumuda selipkan di topik keseimbangan benda tegar. Dengan demikian, setiap benda yang kita analisis dianggap sebagai benda tegar. Penjelasan panjang lebar mengenai partikel dkk di atas hanya mau mengantarmu untuk memahami konsep pusat massa benda, sekaligus kita mencoba melihat kembali hubungan antara pusat massa dengan konsep partikel yang kita pakai dalam menggambarkan benda yang melakukan gerakan translasi.

Bentuk benda dalam kehidupan kita beraneka ragam. Ada benda yang bentuknya beraturan, ada juga benda yang bentuknya tidak beraturan.

Setiap benda tegar bisa dianggap tersusun dari banyak partikel, di mana jarak antara setiap partikel selalu sama. Walaupun demikian, untuk membantu kita menurunkan persamaan pusat massa, kita membuat penyederhanaan, dengan menganggap benda tegar hanya terdiri dari dua partikel. Kita bisa menyebut kedua partikel ini sebagai sistem benda tegar. Untuk lebih mempermudah lagi, kita menggunakan bantuan sistem koordinat.

m1 = massa partikel 1, m2 = massa partikel 2. Kedua partikel berada pada sumbu x. Partikel 1 berjarak x1 dari sumbu y dan partikel 2 berjarak x2 dari sumbu y. Pusat massa bisa kita singkat PM. Karena kedua partikel terletak pada sumbu x, maka pusat massa untuk kedua partikel itu bisa ditulis xPM. Sekarang mari kita oprek persamaan pusat massa :

M = m1 + m2 = Massa total kedua partikel. Pusat massa terletak di antara kedua partikel itu.

Jika m1 = m2 = m, maka pusat massa tepat berada di tengah-tengah kedua partikel. Secara matematis, persamaannya bisa dioprek seperti ini :

Jika m1 > m2 maka letak pusat massa lebih dekat dengan m1. Sebaliknya jika m2 > m1 maka letak pusat massa lebih dekat dengan m2. Persamaan di atas hanya berlaku untuk satu dimensi, di mana benda hanya berada pada salah satu sumbu koordinat (sumbu x)

Apabila kedua partikel tersebar dalam 2 dimensi, maka kita bisa mengoprek persamaan pusat massa untuk koordinat y