• Tidak ada hasil yang ditemukan

Titik Berat (Pusat Gravitasi)

Dalam dokumen MODUL GURU PEMBELAJAR FISIKA SMA kompetensi B (Halaman 104-107)

KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: KESETIMBANGAN BENDA TEGAR KELOMPOK KOMPETENSI B

B. Indikator Ketercapaian Kompetens

3. Titik Berat (Pusat Gravitasi)

Sebelumnya Anda sudah mempelajari konsep pusat massa dan persamaan untuk menentukan posisi pusat massa suatu benda. Kali ini Anda akan mengkaji titik berat atau pusat gravitasi. Konsep titik berat ini hampir sama dengan pusat massa. Sebelum mempelajari titik berat, alangkah baiknya jika Anda pahami kembali konsep benda tegar dan gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda tegar.

Benda tegar hanya bentuk ideal yang dapat membantu menggambarkan sebuah benda. Bagaimanapun setiap benda dalam kehidupan bisa berubah bentuk (tidak selalu tegar/kaku), jika pada benda tersebut dikenai gaya yang besar. Setiap benda tegar dianggap terdiri dari banyak partikel atau titik. Partikel-partikel itu tersebar di seluruh

PPPPTK IPA

Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: KESETIMBANGAN BENDA TEGAR KELOMPOK KOMPETENSI B

36

bagian benda. Jarak antara setiap partikel yang tersebar di seluruh bagian benda selalu tetap. Amati Gambar 2.7 berikut ini.

Gambar 2.7. Benda bisa dianggap tersusun dari banyak partikel, yang ditandai dengan bulatan. Salah satu gaya yang bekerja pada setiap benda yang terletak di permukaan bumi adalah gaya gravitasi. Gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda di sebut gaya berat (W). Untuk benda yang mempunyai ukuran bukan titik (kalau titik tidak punya ukuran), gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut sebenarnya bukan hanya bekerja pada satu titik. Sebagaimana yang telah dijelaskan di atas, setiap benda bisa Anda anggap terdiri atas banyak partikel atau banyak titik. Gaya gravitasi sebenarnya bekerja pada tiap-tiap partikel yang menyusun benda itu. Perhatikan Gambar 2.8 berikut ini.

Gambar 2.8. Arah gaya gravitasi pada partikel penyusun benda

Pada Gambar 2.8 partikel-partikel diwakili oleh titik-titik. Tanda panah menunjukkan arah gaya gravitasi yang bekerja pada tiap-tiap partikel. Seandainya benda kita bagi menjadi potongan-potongan yang sangat kecil, maka satu potongan kecil itu adalah satu partikel. Jika jumlah partikel sangat banyak, juga tidak tahu secara pasti jumlah partikel, maka untuk mempermudah, kita cukup menulis titik-titk (....) dan n. Simbol n melambangkan partikel yang terakhir. Lihat keterangan Gambar 2.8. Pada keterangan Gambar 2.8 juga disebutkan bahwa gaya gravitasi atau gaya berat pada partikel ke-1 adalah W1= m1..g, pada partikel ke-2

adalah W2= m2.g dan seterusnya.

Apabila benda berada pada tempat di mana nilai percepatan gravitasi (g) sama, maka gaya berat sebanding dengan massanya. Arah gaya berat setiap partikel juga sejajar menuju ke permukaan bumi. Untuk mudahnya lihat Gambar 2.8. Pada kasus seperti ini, Anda bisa

Keterangan:

w : gaya berat yaitu gaya gravitasi yang bekerja pada benda

m : massa benda g : percepatan gravitasi W1 : berat partikel ke-1

W2 : berat partikel ke-2

Wn : berat partikel ke-n m1 : massa partikel ke-1

m2 : massa partikel ke-2

LISTRIK untuk SMP

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: KESETIMBANGAN BENDA TEGAR KELOMPOK KOMPETENSI B

Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Fisika SMA

37

menggantikan gaya berat pada masing-masing partikel dengan sebuah gaya berat tunggal (w = mg) yang bekerja pada titik pusat massa benda. Jadi gaya berat ini mewakili semua gaya berat partikel. Titik di mana gaya berat bekerja (dalam hal ini pusat massa benda), di sebut titik berat. Nama lain dari titik berat adalah pusat gravitasi.

Jadi untuk percepatan gravitasi yang sama di setiap titik pada benda, pusat gravitasi sama dengan pusat massa. Semakin dekat dengan pusat bumi, semakin besar percepatan gravita- si, maka partikel penyusun balok yang berada lebih dekat dengan permukaan tanah memiliki g yang lebih besar. Sebaliknya, partikel yang berada di atas permukaan tanah memiliki g lebih kecil. Pada gambar 2.8, partikel 1 yang bermassa m1 memiliki g lebih

besar, sedangkan partikel terakhir yang bermassa mn memiliki g yang lebih kecil. Huruf

n merupakan simbol partikel terakhir. Jumlah partikel sangat banyak dan kita juga tidak tahu secara pasti berapa jumlah partikel, sehingga cukup disimbolkan dengan huruf n. Karena partikel yang bermassa m1 memiliki g lebih besar, maka gaya berat yang bekerja

padanya lebih besar dibandingkan dengan partikel terakhir. Jika Anda amati bagian balok, dari m1, hingga mn, tampak bahwa semakin ke atas, jarak bagian balok 2 itu dari

permukaan tanah semakin jauh. Tentu saja hal ini mempengaruhi nilai g pada masing- masing partikel penyusun balok tersebut. Untuk massa setiap partikel sama, maka yang menentukan besar gaya berat adalah percepatan gravitasi (g). Semakin ke atas, gaya berat (W) setiap partikel semakin kecil. Untuk massa setiap partikel berbeda maka gaya berat bergantung pada massa dan gravitasi. Pada kasus percepatan gravitasi tidak sama, pusat gravitasi dan pusat massa tidak sama.

Jika benda berada pada tempat yang memiliki nilai percepatan gravitasi (g) yang sama, maka gaya gravitasi bisa dianggap bekerja pada pusat massa benda itu. Untuk kasus seperti ini, titik berat benda berada pada pusat massa benda. Perlu diketahui bahwa penentuan titik berat benda juga perlu memperhatikan syarat-syarat keseimbangan. Untuk kasus di atas, titik berat benda harus terletak pada pusat massa benda, agar syarat 1 terpenuhi.

Syarat 2 mengatakan bahwa sebuah benda berada dalam keseimbangan statis jika jumlah semua torsi yang bekerja pada benda adalah nol. Ketika titik berat berada pada pusat massa, lengan gaya adalah nol. Karena lengan gaya nol, maka tidak ada torsi yang dihasilkan oleh gaya berat.

Syarat 2 terpenuhi. Titik berat benda untuk tempat yang memiliki percepatan gravitasi (g) yang berbeda. Pada pembahasan sebelumnya, titik berat benda diangggap terletak

PPPPTK IPA

Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: KESETIMBANGAN BENDA TEGAR KELOMPOK KOMPETENSI B

38

pada pusat massa benda tersebut. Hal ini hanya berlaku jika benda berada di tempat yang memiliki percepatan gravitasi (g) yang sama. Benda yang berukuran kecil bisa memenuhi kondisi ini, tetapi benda yang berukuran besar tidak.

Bagaimanapun, percepatan gravitasi (g) ditentukan oleh jarak dari pusat bumi. Bagian benda yang lebih dekat dengan permukaan tanah (maksudnya lebih dekat dengan pusat bumi), memiliki g yang lebih besar dibandingkan dengan benda yang jaraknya lebih jauh dari pusat bumi. Untuk memahami hal ini, amati ilustrasi pada Gambar 2.9 di bawah.

(a) Batang kayu diletakan diatas jari (b) Gaya-gaya yang bekerja pada batang kayu Gambar 2.9. Batang kayu homogen

Sebuah batang kayu diletakkan di atas jari, tepat di tengah tengah batang kayu. Anda dapat menganggap batang kayu tersusun dari potongan-potongan yang sangat kecil. Potongan-potongan batang yang sangat kecil ini bisa disebut sebagai partikel atau titik. Massa setiap partikel penyusun balok sama. Bentuk batang kayu simetris sehingga bisa menentukan pusat massanya dengan mudah. Pusat massa terletak di tengah-tengah batang kayu (lihat Gambar 2.9.b).

Bagaimanakah titik berat batang kayu di atas? Titik berat atau pusat gravitasi tidak tepat berada pada pusat massanya. Titik berat berada di bawah pusat massa balok. Hal ini disebabkan karena gaya berat partikel-partikel yang berada di sebelah bawah pusat massa balok (partikel-partikel yang lebih dekat dengan permukaan tanah) lebih besar daripada gaya berat partikel 2 yang ada di sebelah atas pusat massa (partikel 2 yang lebih jauh dari permukaan tanah).

Hampir semua benda yang dipelajari berukuran kecil, sehingga Anda tetap menganggap titik berat benda berhimpit dengan pusat massa. Jarak antara setiap partikel dari pusat bumi (dari permukaan tanah) berbeda-beda, tetapi karena perbedaan jarak itu sangat kecil, maka perbedaan percepatan gravitasi (g) untuk setiap partikel tidak terlalu besar. Karenanya, perbedaan percepatan gravitasi bisa diabaikan. Anda tetap menganggap setiap bagian benda memiliki percepatan gravitasi yang sama.

Dalam dokumen MODUL GURU PEMBELAJAR FISIKA SMA kompetensi B (Halaman 104-107)

Dokumen terkait