Contoh Soal Hukum Newton pada Gerak Rotasi
Contoh Soal Hukum Newton pada Gerak Rotasi - Saat di kelas X tentunya kalian sudah belajar tentang dinamika partikel, yaitu bagian dari ilmu fisika yang mempelajari penyebab gerak suatu benda dengan mengabaikan ukuran bendanya. Artinya, benda itu dianggap sebagai partikel atau titik. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang penyebab gerak rotasi benda tanpa mengabaikan ukuran bendanya. Hal itu sering disebut sebagai dinamika benda tegar. Tahukah kalian apa itu benda tegar? Untuk mengetahuinya simak ulasan berikut.
Benda tegar didefinisikan sebagai sistem partikel yang posisi relatif partikel-partikelnya dianggap tetap. Akibatnya, ketika benda ini berotasi terhadap suatu sumbu tetap, jarak setiap partikel terhadap sumbu rotasinya akan selalu tetap. Gerak benda yang kalian pelajari pada topik ini adalah gerak rotasi. Sebenarnya apa yang menyebabkan benda itu berotasi? Untuk menjawabnya perhatikan contoh berikut.Pernahkah kalian mengamati pintu rumah yang menggunakan engsel? Dimanakah letak pemegang pintu, jauh atau dekat dengan engsel?
Pemegang pintu akan diletakkan jauh dari engsel agar terasa lebih mudah saat membuka atau menutup pintu. Apabila pemegang pintu diletakkan jauh dari engsel, maka akan timbul efek rotasi yang lebih besar. Konsep fisika yang sesuai dengan kasus tersebut yaitu konsep torsi. Torsi (τ) atau momen gaya adalah kecenderungan gaya untuk merotasikan sebuah benda terhadap sumbu tertentu. Berdasarkan contoh kasus pada pintu, torsi dapat dirumuskan sebagai berikut.
Pemegang pintu akan diletakkan jauh dari engsel agar terasa lebih mudah saat membuka atau menutup pintu. Apabila pemegang pintu diletakkan jauh dari engsel, maka akan timbul efek rotasi yang lebih besar. Konsep fisika yang sesuai dengan kasus tersebut yaitu konsep torsi. Torsi (τ) atau momen gaya adalah kecenderungan gaya untuk merotasikan sebuah benda terhadap sumbu tertentu. Berdasarkan contoh kasus pada pintu, torsi dapat dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
τ = besarnya torsi (Nm);
F = gaya yang diberikan (N); dan
l = lengan momen, adalah jarak terdekat (tegak lurus) dari sumbu rotasi ke garis searah perpanjangan gaya.
τ = besarnya torsi (Nm);
F = gaya yang diberikan (N); dan
l = lengan momen, adalah jarak terdekat (tegak lurus) dari sumbu rotasi ke garis searah perpanjangan gaya.
Jika gaya (F) yang bekerja tidak tegak lurus dengan lengan momen (l) seperti gambar di bawah ini, maka persamaan torsinya dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
τ = besarnya torsi (Nm);
F = gaya yang diberikan (N);
l = lengan momen, adalah jarak terdekat (tegak lurus) dari sumbu rotasi ke garis searah perpanjangan gaya (r); dan
θ = sudut antara F dan l.
Torsi adalah besaran vektor, sehingga selain memiliki besar, torsi juga memiliki arah. Adapun cara penentuan arahnya adalah sebagai berikut.
a. Arah torsi tegak lurus terhadap bidang yang memuat lengan dan gaya.
b. Perjanjian tanda, yaitu jika gaya cenderung memutar benda berlawanan dengan arah putaran jarum jam, maka torsi bertanda positif dan jika gaya cenderung memutar benda searah putaran jarum jam, maka torsi bertanda negatif.
Bagaimana jika dua atau lebih gaya berbeda bekerja pada lengan gaya? Untuk mengetahui besar torsinya, gunakan resultan torsi (∑τ). Secara matematis, dapat dirumuskan sebagai berikut.
τ = besarnya torsi (Nm);
F = gaya yang diberikan (N);
l = lengan momen, adalah jarak terdekat (tegak lurus) dari sumbu rotasi ke garis searah perpanjangan gaya (r); dan
θ = sudut antara F dan l.
Torsi adalah besaran vektor, sehingga selain memiliki besar, torsi juga memiliki arah. Adapun cara penentuan arahnya adalah sebagai berikut.
a. Arah torsi tegak lurus terhadap bidang yang memuat lengan dan gaya.
b. Perjanjian tanda, yaitu jika gaya cenderung memutar benda berlawanan dengan arah putaran jarum jam, maka torsi bertanda positif dan jika gaya cenderung memutar benda searah putaran jarum jam, maka torsi bertanda negatif.
Bagaimana jika dua atau lebih gaya berbeda bekerja pada lengan gaya? Untuk mengetahui besar torsinya, gunakan resultan torsi (∑τ). Secara matematis, dapat dirumuskan sebagai berikut.
Artinya, jika gaya yang bekerja pada lengan-lengan gaya lebih dari satu, maka resultan torsinya dapat dihitung dengan menjumlahkan sebanyak gaya yang bekerja.
SOAL 1
Kecenderungan suatu gaya untuk merotasikan sebuah benda terhadap sumbu tertentu disebut ....
SOAL 2
Sebuah tongkat homogen memiliki panjang 2 m. Kemudian tongkat tersebut diputar pada salah satu ujung sebagai porosnya. Ujung lainnya diberikan gaya sebesar 10 N. Besar torsinya adalah ...
SOAL 3
Perhatikan gambar di bawah ini.
Jika engsel dianggap sebagai poros, maka besar torsinya adalah ....
SOAL 4
Jarak terdekat dari sumbu rotasi ke garis yang searah perpanjangan gaya disebut ....
SOAL 5
Sebuah tongkat yang panjangnya L, diputar dengan sumbu putar pada ujungnya. Jika besar gaya untuk memutar tongkat adalah F, maka torsi maksimum akan diperoleh saat memenuhi kondisi berikut.
(1). F tegak lurus di tengah batang.
(2). F segaris batang.
(3). F tegak lurus di ujung batang.
(4). F melalui L dari sumbu putar.
(2). F segaris batang.
(3). F tegak lurus di ujung batang.
(4). F melalui L dari sumbu putar.
Pernyataan yang benar adalah ....
SOAL 6
Perhatikan gambar di bawah ini.
Jika engsel dianggap sebagai poros, maka besar torsinya adalah ....
SOAL 7
Sebuah benda tegar memiliki torsi sebesar 10 Nm dan lengan momen yang panjangnya 20 cm. Jika lengan momen dianggap tegak lurus garis kerja gaya, maka besar gayanya adalah ....
SOAL 8
Sistem partikel yang posisi relatif partikel-partikelnya di dalam sistem dianggap tetap disebut ....
SOAL 9
Sebuah batang yang sangat ringan memiliki panjang 140 cm. Pada batang bekerja empat gaya masing-masing F1 = 20 N, F2 = 10 N, dan F3= 40 N, dengan arah posisi seperti pada gambar di bawah ini.
Besar dan arah torsi yang menyebabkan batang berotasi terhadap titik O adalah ... (anggap titik O tepat di tengah batang).
SOAL 10
Suatu batang yang memiliki massa 120 gr dan panjang 60 cm, bergerak rotasi dengan percepatan sudut 1 rad/s2. Jika batang diputar di ujungnya, maka besar torsinya adalah ....