Dinamika Rotasi, Berikut Penjelasan dan Contoh Soal!

2. Kesetimbangan benda tegar

Kesetimbangan benda tagar juga berkaitan erat dengan Hukum Newton 1. Konsepnya menggunakan ΣF =0 dan Στ=0 (torsi).

Kesetimbangan terjadi ketika suatu benda dianggap sebagai benda titik dengan ΣF =0, maka benda tersebut setimbang. Namun, jika pada kesetimbangan benda tegar menggunakan syarat Στ=0 

3. Momen gaya

ilustrasi menutup pintu ruangan (Pexels.com/Pixabay)

Momen gaya atau yang dikenal dengan torsi merupakan suatu kecenderungan gaya untuk memutar benda tegar terhadap titik poros tertentu. Torsi pertama kali dikenalkan oleh seorang teknisi bernama J. Thomson.

Contoh sederhana ketika kita membuka sebuah pintu, kita hanya perlu memutar engsel pintu. Maka agar bisa bekerja dengan baik, torsi dipengaruhi oleh engsel pintu sebagai titik tumpunya. Gaya yang bekerja adalah kita atau orang yang membuka pintu, dan lengan (jarak terhadap titik tumpu).

Jadi, poros/titik tumpu, gaya, dan jarak/ lengan sangat mempengaruhi besar kecilnya torsi. Berikut ini rumus torsi:

            τ = F.r

Keterangan:

τ : momen torsi (Nm)
F : gaya (N)
r : jarak gaya terhadap poros (m)

Perlu diingat juga, bahwa torsi memiliki arah. Jika berlawanan dengan jarum jam , ia memiliki nilai positif. Jika sebaliknya, yaitu searah dengan jarum jam maka nilainya negatif. Torsi juga bergerak maksimal ketika gaya yang diberikan tegak lurus, atau 90 derajat.

Lain halnya jika gayanya tidak tegak lurus. Tentunya akan lebih sulit, rumus yang digunakan juga berbeda. Rumus torsinya seperti ini:

τ = F.sin θ.r

Keterangan:

τ : momen torsi (Nm)
F : gaya (N)
r : jarak gaya terhadap poros (m)
θ : sudut antara r dan F (rad/s)

4. Momentum sudut

Momentum sudut atau L adalah hasil perkalian antara momen inersia dengan kecepatan suatu benda. Rumusnya sebagai berikut:

L = I ω

Keterangan:

L : momentum sudut (kgm²/s)
I : momen inersia (kgm²)
ω : kecepatan sudut benda (rad/s)

5. Energi kinetik dinamika rotasi

ilustrasi bola berputar (pexels.com/pixabay)

Energi kinetik terbagi menjadi dua bagian yaitu kinetik translasi dan rotasi.

• Gerak Translasi

Merupakan gerak suatu benda di mana setiap titik pada benda tersebut menempuh suatu lintasan dan bentuk yang sama. Lintasan tersebut dapat berupa garis lurus atau bukan. Hal ini terjadi karena syarat gerak translasi adalah “setiap benda menempuh lintasan dan bentuk yang sama”.  Berikut ini rumus gerak translasi:

Ek = ½ m.v²

Keterangan:

Ek : energi kinetik (joule)
m : massa benda (kg)
v : kecepatan (m/s)

• Gerak Rotasi

Gerak rotasi adalah gerak yang arahnya mengalami perputaran terhadap poros tertentu. Gerak ini dipengaruhi oleh torsi. Contoh gerak rotasi yang ada misalnya bola yang berputar pada porosnya. Maka, rumus energy kinetik gerak rotasi sebagai berikut:

Ek = ½ I.ω²

Keterangan:

Ek : energi kinetik (joule)
I : momen inersia (kgm²)
ω : kecepatan sudut (rad/s)

Contoh Soal dan pembahasannya:

Sebuah benda pejal memiliki massa sebesar 20 kg. Jari-jari yang dimiliki bola pejal tersebut adalah 2m.

Bola tersebut berputar pada porosnya dengan kecepatan sudut sebesar π rad/s. Tentukan energi kinetik dari bola pejal tersebut!

Pembahasan :

Diketahui :                       

I=2/5 mR²

M = 20 kg

R = 2m

W= π rad/s

Jawaban:

Ek = ½ I.w²

     = ½ . 2/5 . 20². 2². π²

     = 1/5 . 1600 . π²

     = 320 joule

Nah, mudah bukan ?. Setelah membaca materi di atas kemudian terus berlatih soal. Pasti kamu akan lebih terbiasa dan bahkan mampu menyelesaikan soal dengan cepat.

Penulis : Tasqiya Ratnasari