Benda Tegar dan contohnya

          Benda tegar adalah istilah yang sering digunakan dalam dunia Fisika untuk menyatakan suatu benda yang tidak akan berubah bentuknya setelah diberikan suatu gaya pada benda itu. Pada sebuah benda tegar, setiap titik harus selalu berada pada jarak yang samadengan titik-titik lainya.

Pada bab ini kita akan mempelajari beberapa hal yang berhungan dengan gerak melingkar dalam pembahasan dinamika rotasi. Rotasi yang akan kita pelajari adalah rotasi yang dialami benda tegar. Contoh benda tegar adalah batu dan besi padat . 

A. Dinamika Rotasi

   1. Momen Gaya (T = Torsi )

Torsi atau Momen Gaya adalah hasil kali gaya dengan jarak suatu titik ke garis kerja gaya .

2. Momen Inersia
Momen Inersia adalah hasil kali massa (m) dengan kuadrat jarak dari sumbu putar (r² ). Jika kuadrat jarak dari sumbu putar hanya satu dapat menggunakan rumus :

I = mr² (kg.m²)

Jika kuadrat jarak dari sumbu putar lebih dari satu dapat menggunakan rumus :

I = ∑mn . rn² (kg.m²)

= m₁.r₁² + m₂.r₂² + m₃.r₃² + m₄.r₄² + . . . . +mn.rn²

3. Hubungan antara Momen Gaya dan Momen Inersia

F = m.a → Translasi

T = F x r → Rotasi

Hukum II newton : T = m.α

F = m.aT

F = m.r.α

F x r = m.r.α.r

T = mr².α

T = I.α 

4. Momentum Sudut

L = m.v.r → v = w.r

L = m.w.r.r

L = m.r².w

L = I.w ( kgm².rps )

5. Gerak Menggelinding

Gerak menggelinding adalah gabungan antara gerakan rotasi dan translasi .

Ekg = Ek rotasi + Ek translasi

Ekg = ½ Iw² + ½ mv²

B. Titik Berat Benda ( z )

Titik berat benda adalah titik tangkap resultan gaya-gaya berat. Titik berat benda dilambangkan dengan ( z ).

Rumus titik berat benda adalah :

Z = ( m₁.x₁ + m.₂x₂ + m₃.x₃ + mn.xn )

m₁ + m₂ + m₃

Contoh titik berat benda :

C. Kesetimbangan Benda Tegar

Kesetimbangan terbagi dua yaitu :

1. Statik ( ∑F = 0 ; a = o )

2. Dinamik ( a = o ; v = konstan )

Benda tegar dikatakan berada dalam kesetimbangan statik jika jumlah gaya yang bekerja pada benda itu sama dengan nol dan jumlah torsi terhatad sembarang titik pada benda tegar itu sama dengan nol .

Kesetimbangan statik dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu kesetimbangan stabil, kesetimbangan labil, dan kesetimbangan indiferen ( netral ).

1. Kesetimbangan Stabil

Sebuah kelereng mempunyai titik berat pada pusat bola. Jika kelereng diletakkan pada sebuah wadah yang berbentuk setengah bola ( cekung , kelereng akan diam ( setimbang) pada bagian bawah wadah. Apabila kelereng itu diberi gangguan dengan mendorongnya, titik berat kelereng akan naik. Hal itu ditandai dengan naiknya kedudukan kelereng. Apabila gangguan itu dihilangkan, kelereng akan kembali setimbang pada kedudukan semula. Kesetimbangan seperti itu disebut Kesetimbangan Stabil .Contoh benda yang memiliki kesetimbangan stabil adalah kursi malas.

2. Kesetimbangan Labil

Kesetimbangan Labil ditandai dengan turunnya letak titik berat benda jika diberi gaya pengganggu. Biasanya, setelah gaya pengganggunya dihilangkan benda tidak kembali lagi pada posisi semula. Sebuah batang kayu yang berdiri tegak adalah contoh keadaan kesetimbangan labil.

3. Kesetimbangan Indiferen (netral )

Kesetimbangan netral ditandai dengan tidak berubahnya posisi titik berat sebelum dan sesudah diberi gaya pengganggu. Contoh kesetimbangan netral adalah sebuah silinder yang diletakkan di lantai datar. 

Contoh soal :

1. Sebuah sistem benda terdiri atas dua bola dengan massa masing-masing 4 kg yang dihubungkan dengan batang kaku dan ringan ( massa diabaikan) sepanjang 1 m. Tentukan momen inersia sistem batang benda terhadap sumbu yang tegak lurus batang jika diputar melaui (a) tengah-tengah batang, dan (b) salah satu bola !

Jawab :

(a) Melalui tengah-tengah batang : r₁ = r₂ = 0,5 m ; m₁ = m₂ = 4 kg ;

I = m₁r₁² + m₂r₂²

= (4 kg) (0,5 m)² + (4 kg) (1 m)²

= 2 kg.m²

(b) Melalui salah satu bola (misal m₂): r₁ = 1 m, r₂ = 0 ;

I = (4 kg) (1 m)² + (4 kg ) (0)²

= 4 kg.m²

2. Sebuah batu gerinda bermassa 4 kg dan jari-jari 8 cm. Ketika sebuah momen gaya konstan, roda gerinda mencapai kecepatan sudut 1.200 rpm dalam 15 sekon. Anggap roda gerinda mulai dari keadaan diam dan batu gerinda berbentuk silinder pejal . Tentukan resultan momen gaya yang dikerjakan !

Jawab :

ω₀ = 0 ; ωt = 1.200 rpm = 40∏rad/ s;t = 15 s;r = 8 cm = 0,08 m ; ωt = ω₀ + αt → α = (8∏/3)/s²

Momen Inersia silinder pejal adalah

I = ½mr² = ½(4 kg)( 0,08 m)²=128 x 

Resultan momen gaya

T = Iα = (128 x  kg.m²)(8∏/3rad/s²)= 1.07 x  N.m 

ENERGI

posted by ariesa nichi s

Energi merupakan kemampuan untuk melakukan suatu usaha. Kita akan mempelajari dua bentuk energi, yaitu energi potensial dan energi kinetic. Energi potensial yang akan kita pelajari adalah energipotensial gravitasi.

1. Energi Potensial GravitasiEnergi potensial gravitasi merupakan energi yang tersimpan didalam suatu benda (materi ) karena kedudukannya. Energi potensial gravitasi dengan massa (m) dan ketinggian (h) meter diatas permukaan bumi dapat dihitung dengan persamaan

Ep = mgh

Keterangan :

Ep = energi potensial (joule) 

m = massa (kg) 

g = percepatan gravitasi (m/s²) 

h = ketinggian (meter)

2. Energi KinetikEnergi kinetik adalah energi yang dimilikioleh benda yang bergerak. Energi kinetik dari suatu benda dengan massa (m) yang bergerak pada kecepatan (v) dapat dihitung dengan persamaan :

Ek = ½mv²

Keterangan :

Ek = energi Kinetik (joule) 

m = massa benda ( kg ) 

v = kecepatan gerak (m/s)

Contoh soal :

1. Sebuah mangga bermassa 500 g menghantung pada ketinggian 7 m di atas tanah (g=10 m/s²) . Hitunglah energi potensial yang tersimpan pada mangga tersebut ! 

Jawab : 

Ep = mgh 

= (0,5 kg) (10 m/s²)(7 m) 

= 35 joule

Jadi, energi potensial yang tersimpan pada mangga itu adalah 35 joule

2. Sebuah mobil bermassa 2.000 kg bergerak dengan kecepatan 72 km/jam/ hitunglah energi kinetik yang dimiliki mobil itu ! 

Jawab : 

v = 72 km/jam = 20 m/s 

Ek = ½mv² 

= (½)(2.000 kg)(20 m/s)² 

= 4 x 10⁵ joule

jadi, Energi Kinetik yang dimiliki oleh mobil adalah 4 x 10⁵ joule.

Sumber.

Syahputri, A.N. 2010. Benda Tegar. (online) http://fisikanichi.blogspot.com/. Diakses pada 22 November 2013.