Kesetimbangan Benda Tegar

Benda tegar akan melakukan gerak translasi apabila gaya yang diberikan pada benda tepat mengenai suatu titik yang yang disebut titik berat. Titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam keseimbangan rotasi (tidak mengalami rotasi). Pada saat benda tegar mengalami gerak translasi dan rotasi sekaligus, maka pada saat itu titik berat akan bertindak sebagai sumbu rotasi dan lintasan gerak dari titik berat ini menggambarkan lintasan gerak translasinya, misalnya tongkat pemukul kasti, kemudian kita lempar sambil sedikit berputar. Kalau kita perhatikan secara aeksama, gerakan tongkat pemukul tadi dapat kita gambarkan seperti membentuk suatu lintasan dari gerak translasi yang sedang dijalani dimana pada kasus ini lintasannya berbentuk parabola. Tongkat ini memang berputar pada porosnya, yaitu tepat di titik beratnya. Dan secara keseluruhan benda bergerak dalam lintasan parabola. Lintasan ini merupakan lintasan dari posisi titik berat benda tersebut.

            Demikian halnya seorang peloncat indah yang sedang terjun ke kolam renang. Dia melakukan gerak berputar saat terjun. sebagaimana tongkat pada contoh di atas, peloncat indah itu juga menjalani gerak parabola yang bisa dilihat dari lintasan titik beratnya. Perhatikan gambar berikut ini.

Jadi, lintasan gerak translasi dari benda tegar dapat ditinjau sebagai lintasan dari letak titik berat benda tersebut. Dari peristiwa ini tampak bahwa peranan titik berat begitu penting dalam menggambarkan gerak benda tegar.

            Cara untuk mengetahui letak titik berat suatu benda tegar akan menjadi mudah untuk benda-benda yang memiliki simetri tertentu, misalnya segitiga, kubus, balok, bujur sangkar, bola dan lain-lain. Yaitu d sama dengan letak sumbu simetrinya. Hal ini jelas terlihat pada contoh diatas bahwa letak titik berat sama dengan sumbu rotasi yang tidak lain adalah sumbu simetrinya.

• KESETIMBANGAN BENDA TEGAR   

Kesetimbangan adalah suatu kondisi benda dengan resultan gaya dan resultan momen gaya sama dengan nol.

Kesetimbangan biasa terjadi pada :

1. Benda yang diam (statik), contoh : semua bangunan gedung, jembatan, pelabuhan, dan lain-lain.

2. Benda yang bergerak lurus beraturan (dinamik), contoh : gerak meteor di ruang hampa, gerak kereta api di luar kota, elektron mengelilingi inti atom, dan lain-lain.

Benda tegar adalah benda yang tidak berubah bentuknya karena pengaruh gaya dari luar.

Kesetimbangan benda tegar dibedakan menjadi dua:

1. Kesetimbangan partikel

2. Kesetimbangan benda

Kesetimbangan Partikel

→ Partikel adalah benda yang ukurannya dapat diabaikan dan hanya mengalami gerak translasi (tidak mengalami gerak rotasi) sehingga dapat digambarkan sebagai suatu titik materi.

Semua gaya yang bekerja pada benda yang dianggap partikel hanya menyebabkan gerak translasi ( benda tidak mengalami gerak rotasi).

Maka, syarat kesetimbangan partikel adalah jika resultan gaya luar yang bekerja pada partikel tersebut sama dengan nol.

      Dengan kata lain, suatu partikel dikatakan seimbang bila partikel tersebut tidak mengalami percepatan ( α = 0 ) yang berarti benda tersebut tidak mengalami resultan gaya luar ( SF = 0 )

      Dalam keadaan seimbang, keadaan partikel dapat berada dalam keseimbangan statik ( diam ) atau dalam keseimbangan mekanik ( bergerak lurus beraturan dengan v  tetap )

      Apabila terdapat 3 buah gaya yang bekerja pada suatu titik partikel dan partikel tersebut berada dalam keadaan seimbang maka berlaku hubungan:

Kesetimbangan Benda

→ Syarat kesetimbangan benda:

Sebuah benda tegar berada dalam keseimbangan mekanis bila dilihat dari suatu kerangka acuan inersial, jika :

a. percepatan linear pusat massanya sama dengan nol, a_pm = 0.

b. percepatan sudutnya sama dengan nol, a = 0.

Untuk v_pm = 0 dan w = 0 disebut keseimbangan statik.

Bila a_pm = 0, maka F_eks = 0. Untuk gaya-gaya dalam ruang ( 3 dimensi) diperoleh :

                        F_1x + F_2x + ... + F_nx = 0 atau å F_x = 0

                        F_1y + F_2y + ... + F_ny = 0 atau å F_y = 0

                        F_1z + F_2z + ... + F_nz = 0 atau å F_z = 0

Bila a = 0, maka t_eks = 0 dan diperoleh

                        t_1x + t_2x + ... + t_nx = 0 atau åt_x = 0

                        t_1y + t_2y + ... + t_ny = 0 atau åt_y = 0

                        t_1z + t_2z + ... + t_nz = 0 atau åt_z = 0

Dalam kasus tertentu dimana gaya-gaya hanya terletak pada satu bidang, (misalkan bidang    xy) diperoleh :

                        F_1x + F_2x + ... + F_nx = 0 atau å F_x = 0

                        F_1y + F_2y + ... + F_ny = 0 atau å F_y = 0

                        t_1z + t_2z + ... + t_nz = 0 atau åt_z = 0

åt_z = 0 ini terhadap sembarang titik pada benda tegar tersebut.

Benda tegar terdiri dari partikel – partikel atau bagian – bagian yang tiap – tiap partikelnya mempunyai berat tertentu. Apabila semua gaya berat partikel pada benda tersebut dijumlahkan maka akan didapat sebuah gaya berat.

Titik berat adalah titik pusat atau titik tangkap gaya berat dari suatu benda atau sistem benda. Titik berat atau pusat berat benda berfungsi sebagai titik yang terhadapnya gaya-gaya berat bekerja pada semua partikel benda itu sehingga akan menghasilkan resultan momen gaya nol. Titik berat merupakan titik di mana gaya berat bekerja secara efektif.

Untuk, menentukan titik berat suatu benda dapat dilakukan dengan cara menyatakan terlebih dahulu benda dalam koordinat kartesian.

Titik berat menurut bentuk benda dibedakan menjadi 4 antara lain: 

1.      Benda berbentuk garis / kurva, contoh : kabel, lidi, benang, sedotan, dan lain-lain.

2.      Benda berbentuk bidang / luasan, contoh : kertas, karton, triplek, kaca, penggaris, dan lain-lain.

3.      Benda berbentuk volume / bangunan / ruang (homogen), contoh : kubus, balok, bola, kerucut, tabung, dan lain-lain

4.   Benda berbentuk partikel massa

Benda tegar terdiri dari partikel – partikel atau bagian – bagian yang tiap – tiap partikelnya mempunyai berat tertentu. Apabila semua gaya berat partikel pada benda tersebut dijumlahkan maka akan didapat sebuah gaya berat.

Titik berat adalah titik pusat atau titik tangkap gaya berat dari suatu benda atau sistem benda. Titik berat atau pusat berat benda berfungsi sebagai titik yang terhadapnya gaya-gaya berat bekerja pada semua partikel benda itu sehingga akan menghasilkan resultan momen gaya nol. Titik berat merupakan titik di mana gaya berat bekerja secara efektif.

Untuk, menentukan titik berat suatu benda dapat dilakukan dengan cara menyatakan terlebih dahulu benda dalam koordinat kartesian.

Titik berat menurut bentuk benda dibedakan menjadi 4 antara lain: 

1.      Benda berbentuk garis / kurva, contoh : kabel, lidi, benang, sedotan, dan lain-lain.

2.      Benda berbentuk bidang / luasan, contoh : kertas, karton, triplek, kaca, penggaris, dan lain-lain.

3.      Benda berbentuk volume / bangunan / ruang (homogen), contoh : kubus, balok, bola, kerucut, tabung, dan lain-lain

4.   Benda berbentuk partikel massa