Makalah Fisika-Kesetimbangan Benda Tegar
Makalah Fisika
“Kesetimbangan Benda Tegar”
Disusun Oleh :
SMA N 1 Rembang 2011 / 201 KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT Dzat penguasa alam semesta yang telah memberikan taufiq, rahmat, hidayah serta inayahnya sehingga saya dapat beraktivitas untuk menyusun dan menyelesaikan makalah yang berjudul “ Keseimbangan Benda Tegar “ ini. Walaupun banyak isi dari rangkuman karya ilmiah ini saya kutip langsung dari sumber. Tapi saya berharap karya ilmiah ini dapat membantu dan menambah
wawasan saudara-saudari yang ingin lebih memahami atau mengetahui sekilas tentang “ Keseimbangan Benda Tegar “.
Penyusunan makalah ini bertujuan untuk memenuhi tugas fisika yang diberikan oleh Bapak guru Sukarno.
Makalah ini berisi informasi tentang “ Kesetimbangan Benda Tegar “. Yang kami harapkan pembaca dapat mengertahui berbagai aspek yang berhubungan dengan
keseimbangan benda tegar yang akan kami bahas ini.
Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini di masa yang akan datang.
Akhir kata, kami sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa meridhoi segala usaha kita. Amin.
Dan akhirnya semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi pembaca. Terima kasih,
Rembang, 20 Mei 2012
DAFTAR ISI
Halaman
Judul………1 Kata
Pengantar……….2 Daftar
Isi………3 Pendahuluan……… ………4
Pembahasan
1. Kesetimbangan Benda Tegar………6
2. Titik Berat………11
Kesimpulan……… …14
Daftar
PENDAHULUAN
Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami perubahan bentuk bila gaya dikerjakan pada benda tersebut.
F
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.
indah itu juga menjalani gerak parabola yang bisa dilihat dari lintasan titik beratnya. Perhatikan gambar berikut ini.
seorang yang meloncat ke air dengan berputar.
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.
PEMBAHASAN
• 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, apm = 0.
b. percepatan sudutnya sama dengan nol, a = 0.
Untuk vpm = 0 dan w = 0 disebut keseimbangan statik.
Bila apm = 0, maka Feks = 0. Untuk gaya-gaya dalam ruang ( 3 dimensi) diperoleh :
F1x + F2x + ... + Fnx = 0 atau å Fx = 0
F1y + F2y + ... + Fny = 0 atau å Fy = 0
F1z + F2z + ... + Fnz = 0 atau å Fz = 0
t1x + t2x + ... + tnx = 0 atau åtx = 0
t1y + t2y + ... + tny = 0 atau åty = 0
t1z + t2z + ... + tnz = 0 atau åtz = 0
Dalam kasus tertentu dimana gaya-gaya hanya terletak pada satu bidang, (misalkan bidang xy) diperoleh :
F1x + F2x + ... + Fnx = 0 atau å Fx = 0
F1y + F2y + ... + Fny = 0 atau å Fy = 0
t1z + t2z + ... + tnz = 0 atau åtz = 0
åtz = 0 ini terhadap sembarang titik pada benda tegar tersebut.
F1
F2
O
Torsi terhadap titik O adalah :
to = (r1 x F1) + (r2 x F2) + ... + (rn x Fn)
Torsi terhadap titik O’ adalah :
to’ = (r1- r’) x F1+ (r2 - r’) x F2 + ... + (rn - r’) x Fn
to’ = {(r1 x F1) + (r2 x F2) + ... + (rn x Fn) } – r’ x (F1+ F2 + … + Fn)
Jika sistem dalam keadaan seimbang, S F = 0 maka
to = to’
Torsi terhadap titik sembarang adalah sama.
► Jenis Kesetimbangan
Ada tiga jenis kesetimbangan, yaitu :
1. Kesetimbangan stabil (kesetimbangan mantap)
Benda yang memiliki kesetimbangan mantap, jika diganggu dengan cara memberikan gaya padanya, maka titik berat benda akan naik. Jika gaya itu dihilangkan, maka benda akan kembali pada kesetimbangan semula.
Contoh: Keseimbangan pada suatu benda dipandang sebagai keseimbangan yang dimiliki benda jika gangguan yang dialaminya menurunkan titik beratnya (energi potensialnya).
2. Kesetimbangan labil (kesetimbangan goyah)
Benda yang memiliki kesetimbangan labil, jika diganggu dengan cara memberikan gaya padanya, maka titik berat benda akan turun. Jika gaya itu dihilangkan, maka benda tidak dapat kembali pada kesetimbangan semula.
3. Kesetimbangan netral (kesetimbangan indeferen)
Benda yang memiliki kesetimbangan mantap, jika diganggu dengan cara memberikan gaya padanya, maka titik berat benda tidak naik maupun tidak turun. Jika gaya itu dihilangkan, maka benda akan setimbang pada sembarang keadaan.
Contoh : Keseimbangan indiferen dapat dipandang sebagai keseimbangan yang dimiliki benda dimana jika gangguan yang dialaminya tidak menyebabkan perubahan titik beratnya (energi potensialnya).
► SISTEM KESETIMBANGAN
Di dalam menyelesaikan suatu sistem keseimbangan di bawah pengaruh beberapa gaya, ada beberapa prosedur yang perlu diikuti.
a. Tentukan objek/benda yang menjadi pusat perhatian dari sistem keseimbangan.
b. Gambar gaya gaya eksternal yang bekerja pada obyek tersebut.
c. Pilih koordinat yang sesuai, gambar komponen-komponen gaya dalam koordinat yang
telah dipilih tersebut.
d. Terapkan sistem keseimbangan untuk setiap komponen gaya.
e. Pilih titik tertentu untuk menghitung torsi dari gaya-gaya yang ada terhadap titik
tersebut. Pemilihan titik tersebut sembarang, tetapi harus memudahkan penyelesaian. f. Dari persamaan yang dibentuk, dapat diselesaikan variabel yang ditanyakan.
X=
• TITIK 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
Tabel titik berat bentuk teratur linier
Nama benda Letak titik berat Keterangan
1. Garis lurus x0 = l z = titik tengah
garis
2. Busur lingkaran R = jari-jari lingkaran
3. Busur setengah lingkaran
Tabel titik berat benda teratur berbentuk luas bidang homogen
Nama benda Letak titik berat Keterangan
1. Bidang segitiga
y0 = t t = tinggi
z =
garis-garis
Tabel titik berat benda teratur berbentuk bidang ruang homogen
Nama benda Letak titik berat Keterangan
A = luas kulit
Tabel titik berat benda teratur berbentuk ruang, pejal homogen
Nama benda Letak titik berat Keterangan
3
4. Kerucut pejal y0 = t
V = p R2 t
t = tinggi kerucut R = jari-jari lingkaran alas
5. Setengah bola pejal
y0 = R R = jari-jari bola.
KESIMPULAN
Untuk kasus seperti ini, titik berat benda selalu berada di bawah titik tumpuh (titik tumpuh berada di antara tali dan tiang penyanggah).
Kedua, jika titik berat benda berada di atas titik tumpuh, keseimbangan bersifat relatif. Benda bisa berada dalam keseimbangan stabil, benda juga bisa berada dalam keseimbangan labil/tidak stabil. Apabila setelah didorong, posisi benda masih bisa
kembali ke posisi semula (benda berada dalam keseimbangan stabil). Sebaliknya,
apabila setelah didorong, posisi benda tidak bisa kembali ke posisi semula. Benda akan
terus berguling ria ke kanan (benda berada dalam keseimbangan tidak stabil/labil)
Ketiga, keseimbangan benda sangat bergantung pada bentuk/ukuran benda. Benda yang kurus dan langsing berada dalam keseimbangan tidak stabil jika posisi berdiri benda tersebut. Alas yang menopang benda tidak lebar. Ketika disentuh sedikit saja, benda langsung tumbang. Perhatikan posisi titik berat dan titik tumpuh. Sebaliknya, benda yang gemuk lebih stabil. Alas yang menopang benda lumayan lebar. Setelah bergerak, titik beratnya masih berada di sebelah kiri titik tumpuh, sehingga benda masih bisa kembali ke posisi semula.
Keempat, keseimbangan benda tergantung pada jarak titik berat dari titik tumpuh. Jika posisi berdiri benda berada dalam keseimbangan tidak stabil. Angin niup dikit aja, benda langsung berguling ria. bandingkan dengan contoh benda kurus sebelumnya.
Sebaliknya, jika posisi benda berada dalam keseimbangan stabil. Kata si benda, daripada berdiri mending tridur saja. biar kalau ada tikus yang nabrak, diriku tidak ikut-ikutan tumbang. Sekarang perhatikan jarak antara titik berat dan titik tumpuh. Ketika benda berdiri, jarak titik berat dan titik tumpuh lumayan besar. Ketika benda tidur, jarak antara titik berat dan titik tumpuh sangat kecil.
Kita bisa menyimpulkan bahwa keseimbangan benda sangat bergantung pada
