LAMPIRAN 2.
PPL PPG DALAM JABATAN 2023
LPTK UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA (UKSW)
SMAS TAKHASSUS AL-QUR’AN BONANG DEMAK
Oleh : Zahrotun Na’imah, S.Pd No. UKG : 201500907569
MATERI AJAR
KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
A. Pengertian kesetimbangan benda tegar.
Kesetimbangan benda tegar adalah kondisi di mana sebuah benda tetap dalam posisi diam atau bergerak dengan kecepatan konstan tanpa mengalami rotasi atau translasi. Dalam fisika, “tegar”
mengacu pada sifat suatu benda untuk tetap dalam keadaan tertentu ketika dikenai gaya.
Kesetimbangan benda tegar berhubungan dengan hukum Newton dan momen inersia.
B. Jenis-jenis kesetimbangan
Ada dua jenis kesetimbangan benda tegar, yaitu 1. Kesetimbangan Statis
Kesetimbangan statis terjadi ketika benda berada dalam keadaan diam dan tidak bergerak. Ini berarti bahwa jumlah gaya pada benda dalam arah horizontal dan vertikal adalah nol. Artinya, hasil dari gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah nol, sehingga benda tetap dalam posisi diam tanpa bergerak.
2. Kesetimbangan Dinamis
Kesetimbangan dinamis terjadi ketika benda bergerak dengan kecepatan konstan tanpa mengalami percepatan. Dalam kondisi ini, gaya-gaya pada benda mungkin tidak nol, tetapi jumlah dari gaya- gaya tersebut menyebabkan benda bergerak dengan kecepatan konstan dalam garis lurus, atau dalam gerakan melingkar konstan tanpa mengalami rotasi tambahan.
C. Besaran-besaran dalam kesetimbangan benda tegar
Dalam fisika, untuk menganalisis kesetimbangan benda tegar, digunakan dua konsep dasar, yaitu:
1. Momem gaya adalah ukuran keefektifan gaya yang diberikan atau bekerja pada suatu benda untuk memutar benda tersebut terhadap suatu poros tertentu. Nilai momen gaya didapat dari hasil perkalian antara gaya yang bekerja pada benda dengan lengan gaya (jarak dari sumbu rotasi ke titik aplikasi gaya). Momen gaya dihitung dengan mengalikan besar gaya (F) dengan lengan gaya (d) yang diukur tegak lurus terhadap garis aksi gaya dari sumbu rotasi Yang d rumuskan:
𝝉 = 𝑭. 𝒓 atau 𝝉 = 𝒓 . 𝑭 𝐬𝐢𝐧 𝜽
2. Momen inersia adalah besaran yang menunjukkan sejauh mana benda menghendaki untuk tetap dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan angular yang konstan. Nilai momen inersia bergantung pada distribusi massa benda dan sumbu rotasi. Untuk benda tegar sederhana seperti lingkaran atau silinder yang berputar mengelilingi sumbu tengahnya, momen inersia dihitung dengan rumus berikut:
𝑰 =𝟏 𝟐𝒎𝒓𝟐
(m adalah massa benda dan r adalah jari-jari dari lingkaran atau silinder)
Untuk bentuk benda lainnya atau kombinasi dari beberapa bentuk, momen inersia dapat dihitung dengan menggunakan integral.
D. Syarat-syarat kesetimbangan benda tegar
Dalam keadaan kesetimbangan, nilai total gaya dan jumlah momen gaya yang bekerja pada benda harus nol terhadap sumbu rotasi tertentu. Ini dapat ditulis sebagai:
∑ 𝑭 = 𝟎 dan ∑ 𝝉 = 𝟎
(dimana ∑ 𝑭Σ = jumlah gaya dan ∑ 𝝉 adalah jumlah dari semua momen gaya)
E. Penerapan Kesetimbangan Benda Tegar
Penerapan kesetimbangan benda tegar banyak terjadi dalam berbagai situasi dalam kehidupan sehari-hari dan dalam berbagai industri. Beberapa contoh penerapannya antara lain:
1. Bangunan dan Konstruksi:
Kesetimbangan benda tegar sangat penting dalam perancangan bangunan dan struktur. Ketika merancang bangunan seperti jembatan, gedung, atau menara, insinyur harus memastikan bahwa
struktur tersebut dalam kesetimbangan agar dapat menahan beban yang diberikan kepadanya.
Analisis kesetimbangan benda tegar membantu mengidentifikasi titik-titik di mana beban didistribusikan secara merata dan aman.
2. Kendaraan dan Transportasi:
Kesetimbangan benda tegar juga relevan dalam desain kendaraan. Ketika merancang kendaraan seperti mobil, pesawat, atau kapal, penting untuk memastikan kesetimbangannya agar kendaraan dapat beroperasi secara stabil dan aman. Analisis kesetimbangan juga membantu dalam
mendistribusikan muatan secara tepat di dalam kendaraan.
3. Fisika dalam Kehidupan Sehari-hari:
Dalam kehidupan sehari-hari, kesetimbangan benda tegar berlaku pada objek-objek yang diam seperti meja, kursi, atau rak. Objek-objek ini tetap dalam kesetimbangan statis karena gaya-gaya yang bekerja pada benda seimbang.
4. Pada Ayunan:
Ayunan seperti gantungan dan jungkat-jungkit menggunakan prinsip kesetimbangan benda tegar untuk memastikan ayunan bergerak secara aman dan stabil.
5. Penerapan dalam Mekanika Mesin:
Dalam industri dan mekanika mesin, kesetimbangan benda tegar digunakan untuk merancang dan mengatur distribusi massa pada berbagai komponen mesin seperti poros, engsel, dan benda-benda yang berputar agar mesin dapat berfungsi secara efisien dan aman.
6. Perangkat Elektronik:
Pada perangkat elektronik seperti ponsel cerdas dan laptop, kesetimbangan benda tegar digunakan dalam desain mekanik dan posisi baterai untuk menjaga keseimbangan dan mencegah perangkat dari goyang atau bergerak dengan tidak stabil.
