A. PENGERTIAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
Kesetimbangan benda tegar merupakan salah satu materi dalam pembelajaran Fisika dan kimia di Sekolah Menengah Atas. Kesetimbangan benda tegar berkaitan erat dengan yang namanya momentum. Jika dilihat dari kata yang menyusunnya kesetimbangan benda tegar tersusun atas dua bagian, yaitu kesetimbangandan benda tegar. Kesetimbangan menunjukkan suatu keadaan yang berada dalam kondisi setimbang atau seimbang. Sedangkan Benda tegar merupakan kata yang digunakan untuk menunjukkan suatu benda yang bentuk atau geometrinya akan selalu tetap meskipun diberikan gaya. Sehingga Dapat dikatakann bahwa sutatu benda tegar akan mempertahan bentuknya dari pengaruh gaya. Hal inilah yang menyebabkan bentuknya selalu tetap meskipun gaya telah diberikan kepadanya. Jika suatu benda tegar mengalami gerak translasi atau gerak rotasi sekalipun, bentuknya tidak akan mengalami perubahan. Artiya, benda tegar memiliki bentuk tetap. Beda tegar ini umumnya berbentuk padat. Beberapa cotoh benda yang dikategorikan termasuk dalam benda tegar adalah seperti bola, kursi, meja dan lain-lain.
Berdasarkan penjelasan di atas, maka Kesetimbangan Benda Tegar dapat diartikan sebagai suatu benda yang berada dalam keadaan yang setimbang atau seimbang. Kesetimbangan benda tegar merupakan suatu kedaan dimana momentum sebuah benda tegar bernilai nol. Nilai nol di sini menunjukkan keadaan yang setimbang. Jika suatu benda tegar pada mulanya dalam kondisi diam, maka benda tegra tersebut akan tetap diam (mempertahankan kondisinya). Akan tetapi jika suatu benda tegar pada awalnya berada dalam kondisi begerak dan pergerakan tersebut memiliki kecepatan konstan, maka benda tegar tersebut akan tetap megalami pergerakan dengan kecepatan yang konstan.
 |
| KESETIMBANGAN BENDA TEGAR |
B. PERSAMAAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
Kesetimbangan benda tegar merupakan suatu kedaan dimana momentum sebuah benda tegar bernilai nol. Dalam perihal benda tegar terdapat beberapa persamaan. Persamaan tersebut adalah sebagai berikut.
1. Momen gaya
Momen gaya dapat didefinisikan sebagai suatu gaya yang memiliki kecenderungan untuk memutar suatu beda terhadap suatu sumbu. Persaman yang digunakan dalam menghitung momen gaya ini adalah sebagai berikut:
Dengan:
F = gaya yang bekerja pada suatu benda (N). Gaya inilah yang cenderung memutar benda
d = jarak (yang tegak lurus) dengan gaya ke suatu poros (m)
τ = torsi atau momen gaya (Nm)
2. Penguraian gaya
Dalam kesetimbangan benda tegar terdapat penguraian gaya-gaya yang dilihat berdasatrkan sumbunya yaitu sumbu x dan sumbu y. Persamaan penguraian gaya tersebut adalah sebagai berikut:
Dengan : θ adalah sudut yang terbentuk diantara gaya F dan sumbu x.
3. Gerak translasi dan rotasi
a. Syarat kesetimbangan translasi
b. Syarat kesetimbangan rotasi
4. Gaya gesek
Persamaan yang digunakan untuk menentukan gaya gesek adalah sebagai berikut:
Dengan:
F = gaya gesek yang terjadi pada suatu benda (N)
μ = koefesien gesek
N = gaya normal (N)
5. Gaya berat
Untuk menentukan gaya berat digunakan persamaan berikut ini:
W = m.g
Dengan:
W = berat suatu benda (N)
m = massa suatu benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
C. KLASIFIKASI MACAM-MACAM JENIS KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
Kesetimabangan benda tegar dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam. Klasifikasi macam-macam kesetimbangan tersebut diperkirakan dengan memperhatikan kedudukan titik beratnya ketika gangguan kecil terjadi. Kedudukan titik berat benda dapat naik, turun, dan tetap dari kedudukan semula bila gangguan kecil dihilangkan.
Berdasarkan penjelasan tersebut kesetimbangan benda tegar diklasifikasikan menjadi tiga macam yaitu:
1. Kesetimbangan stabil
Kesetimbangan stabil merupakan suatu kesetimbangan yang dialami benda tegar dimana jika gangguan kecil atau gaya diberikan pada benda tersebut kemudian dihilangkan, maka benda akan kembali ke kedudukan seimbangnya semula.
2. Kesetimbangan labil
Kesetibangan labil merupakan suatu kesetimbangan yang dialami benda tegar, jika gangguan kecil atau gaya diberikan pada benda tersebut kemudian dihilangkan, maka benda tidak kembali ke kedudukan seimbangnya semula, bahkan meninggalkan gangguan tersebut.
3. Keseimbangan netral
Kesetimbangan netral disebut juga dengan istilah kesetimabangan indiferen. Kesetimbangan ini merupakan suatu kesetimbangan yang dialami benda tegar dimana jika gangguan kecil atau gaya diberikan pada benda, maka benda akan bergerak, tetapi jika gaya dihilangkan, maka benda akan kembali diam pada kedudukan seimbangnya yang berbeda.
D. CONTOH SOAL KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
Contoh soal kesetibangan benda tegar adalah sebagai berikut:
1. Perhatikan gambar berikut ini!
Berdasarkan gambar tersebut, Andi memanjat tali. Kemudian andi berhenti pada suatu posisi (lihat pada gambar di atas). Tentukan besar tengangan-tegangan tali jika Andi memiliki massa 50 kg.
Penyelesaian:
Diketahui:
Jawaban :
Berdasarkan gambar tersebut dapat dilakukan penguraian gaya-gaya. Penguraian gaya-gaya tersebut adalah sebagai berikut:
Syarat setimbang
Telah ditemukan persamaan 1 dan persamaan 2. Kedua persamaan tersebut disubtitusikan sehingga mendapat tegangan-tegangan yang dialami tali.
Jadi tegangan yang dialami oleh T1 adalah 300 N dan tegangan yang dialami oleh T2 adalah 400 N
2. Perhatikan gambar berikut ini!
Berdasarkan gambar tersebut dapat dijelaskan bahwa sebuah tangga yang memiliki berat 500 N di letakkan di dindinng selasar sebuah hotel. Dalam kasus ini dinding dianggap sebagai dinding yang licin. Sedangkan lantai pada ujung tangga yang lain adalah lantai kasar. Hal ini menyebabkan tangga tersebut dapat tergelincir. Berdasarkan kasus tersebut tentukan koefesien gesekan antara lantai dan tangga.
Penyelesaian:
Diketahui:
W = 50 N
Ditanya:
μ =⋯?
jawab: gaya-gaya pada gambar dapat diilustrasikan kembali dengan gambar berikut:
Yang pertama harus ditentukan adalah NB. Dilakukan dengan cara penggunaan persamaan gaya pada sumbu x.
Kemudian untuk jumlah torsi di B harus 0. Sehingga persamaan tersebut digunakan untuk menentukan nilai NA.
Kemudian untuk menentukan koefesien gesekannya dapat digunakan⅀Fy = 0. Hal ini karena jumlah gaya pada sumbu x adalah 0.
E. APLIKASI KESETIMBANGAN BENDA TEGAR DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI
Terdapat beberapa aplikasi dari kesetimbangan benda tegar dalam kehidupan sehari-hari. Aplikasi tersebut adalah sebagai berikut:
- Jembatan kantilever
- Jembatan gantung
- Pemikul keranjang buah
- Ayunan dalam kondisi diam
- Layar LCD gantung
- Dan lain-lain