Materi Pelajaran
DINAMIKA ROTASI & KESEIMBANGAN BENDA TEGAR
Kompetensi Dasar
3. 1 Menerapkan konsep torsi, momen inersia, titik berat, dan momentum sudut pada benda tegar (statis dan dinamis) dalam kehidupan sehari-hari misalnya dalam olahraga
4.1 Membuat karya yang menerapkan konsep titik berat dan kesetimbangan benda tegar
PETA KONSEP
Pengertian Dinamika Rotasi
Dinamika rotasi adalah ilmu yang mempelajari tentang gerak rotasi (berputar) dengan memperhatikan aspek penyebabnya, yaitu momen gaya. Momen gaya atau yang lebih dikenal dengan torsi ini akan menyebabkan terjadinya percepatan sudut. Suatu benda dikatakan melakukan gerak rotasi (berputar) jika semua bagian benda bergerak mengelilingi poros atau sumbu putar. Sumbu putar benda terletak pada salah satu bagian dari benda tersebut.
Benda tegar merupakan benda yang tidak mengalami perubahan bentuk akibat pengaruh gaya, sehingga dalam melakukan pergerakan, benda tersebut tidak mengalami perubahan bentuk dan volume benda. Benda tegar dapat melakukan gerak translasi dan rotasi
Besaran Yang Mempengaruhi Dinamika Rotasi
Dalam mempelajari dinamika rotasi wajib kiranya kita mengetahui apa saja besaran yang dapat mempengaruhi dinamika rotasi. Besaran-besaran tersebut akan diuraikan di bawah ini.
1. Momen Gaya (Torsi)
Gaya merupakan sebab dari bergeraknya suatu benda dan dalam gerak rotasi yang menyebabkan benda berputar disebut dengan momen gaya atau torsi yang juga didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya (F) yang tegak lurus dengan jarak dari sumbu rotasi ke arah garis kerja gaya (r) .
Kalau gaya yang bekerja pada suatu benda lebih dari satu hal itu menyebabkan momen gaya total yang dirumuskan sebagai berikut:
Nah, momen gaya termasuk ke dalam besaran vektor loh karena selain memiliki nilai juga terdapat arah. Arah momen gaya ini memenuhi kaidah tangan kanan (Ibu jari sebagai momen gaya dan genggaman lainnya sebagai arah rotasi) yang akan bernilai positif apabila benda berotasi berlawanan arah jarum jam dan torsi bernilai negatif ketika benda berputar searah jarum jam.
2. Momen Inersia
Momen inersia (I) merupakan besaran yang menyatakan ukuran kecenderungan benda untuk tetap mempertahankan keadaannya (kelembaman). Pada gerak rotasi, momen inersia juga dapat menyatakan ukuran kemampuan benda untuk mempertahankan kecepatan sudut rotasinya. Benda yang sukar berputar atau benda yang sulit dihentikan saat berputar memiliki momen inersia yang besar, dan sebaliknya.
Momen inersia dipengaruhi oleh bentuk benda, massa benda dan letak sumbu putar karena itu momen inersia suatu benda tidak akan sama dengan benda lainnya apabila salah satu yang mempengaruhinya itu berbeda. Berikut ini adalah rumus momen inersia yang dimiliki oleh beberapa benda.
3. Momentum Anguler
Ketika suatu benda bergerak pada lintasan lurus, maka benda tersebut dapat dikatakan bergerak secara translasi. Akan tetapi, ketika benda tersebut bergerak pada sumbu putarnya atau bergerak pada lintasan melingkar, maka benda tersebut bergerak secara rotasi.
Gaya yang bekerja menuju atau menjauhi pusat massa suatu benda dapat menyebabkan benda bergerak lurus dengan momentum linier sebesar massa kali kecepatan p=m.v
Momen Gaya atau Torsi atau Gaya Puntir yang bekerja pada suatu benda dapat menyebabkan benda bergerak rotasi terhadap sumbu putarnya dengan besar momentum sudut atau momentum anguler sebesar momen inersia kali kecepatan sudut
Hukum Kekekalan Momentum Sudut
Mari kita perhatikan beberapa contoh momentum:
Bumi terus berputar dengan kecepatan yang sama selama miliaran tahun;
Seorang penyelam tinggi yang "berputar" saat melompat dari papan tidak perlu melakukan upaya fisik apa pun untuk terus berputar, dan memang tidak akan bisa berhenti berputar sebelum menabrak air.
Contoh-contoh ini memiliki ciri khas hukum konservasi. Berikut observasi lebih lanjut yang perlu dipertimbangkan:
1. Sistem tertutup terlibat. Tidak ada yang berusaha memelintir Bumi atau penyelam kelas kakap. Mereka diisolasi dari pengaruh perubahan rotasi (karenanya disebut "sistem tertutup").
2. Sesuatu tetap tidak berubah. Tampaknya ada kuantitas numerik untuk mengukur gerakan rotasi sehingga jumlah total kuantitas itu tetap konstan dalam sistem tertutup.
3. Sesuatu dapat ditransfer bolak-balik tanpa mengubah jumlah total. Seorang penyelam berputar lebih cepat dengan lengan dan kaki ditarik ke arah dada dari postur tubuh yang direntangkan sepenuhnya.
:
Hukum kekekalan momentum sudut menyatakan bahwa jika resultan momen gaya pada sebuah benda tegar yang bergerak rotasi bernilai nol maka momentum sudut benda tegar yang bergerak rotasi selalu konstan. Rumus hukum kekekalan momentum sudut dapat diturunkan secara matematis dengan memodifikasi rumus hukum II Newton versi momentum sudut.
Rumus hukum II Newton versi momentum sudut ini merupakan analogi rotasional dari rumus hukum II Newton versi momentum. Jika resultan momen gaya bernilai nol maka rumus di atas berubah menjadi
