Konsep Keseimbangan Benda Tegar

Lancang Kuning - Benda tegar berada dalam keseimbangan ketika tidak mengalami perubahan dalam gerakan rotasi atau translasi. Keseimbangan ini mensyaratkan bahwa dua kondisi harus dipenuhi. Kondisi pertama terkait dengan gerak translasi. Jumlah vektor gaya pada benda harus nol: ???? = ???? Kondisi kedua terkait dengan gerakan rotasi.

Ketika gaya tidak bertindak melalui titik umum atau pivot, mereka dapat menyebabkan tubuh berputar, meskipun jumlah vektor gaya mungkin nol. Ini membutuhkan pengenalan gagasan torsi karena gaya. Torsi bersih akan menyebabkan tubuh, awalnya saat diam, mengalami rotasi. Kondisi kedua untuk keseimbangan statis adalah: Jumlah semua torsi (karena masing-masing gaya pada tubuh) harus nol: ???????? = ????.

Baca juga : Tempat Wisata di Riau

Anda harus memiliki alat ini di stasiun Anda:

•  Tongkat dua meter
•  Pivot stand l Pivot clamp
•  Probe force
•  Batang
•  Set square
•  Mass set
•  Strings

Equilibrium(keseimbangan) adalah titik yang didefinisikan sebagai titik di mana jumlah total gaya eksternal atau torsi adalah nol. Titik ini mungkin berada di dekat pusat massa. Kekuatan eksternal dalam gerakan translasi benda tegar mengubah momentum linier benda itu. Sedangkan torsi eksternal dalam gerakan rotasi dapat mengubah momentum sudut tubuh yang kaku.

Dalam keseimbangan mekanis benda tegar, momentum linier dan momentum sudut tetap tidak berubah seiring waktu. Ini menyiratkan bahwa tubuh di bawah pengaruh kekuatan eksternal tidak memiliki percepatan linier atau percepatan sudut. Karena itu, kami dapat mengatakan bahwa:

Jika gaya total pada benda tegar adalah nol maka benda menunjukkan kesetimbangan translasi karena momentum linear tetap tidak berubah meskipun ada perubahan waktu:

Jika torsi total pada benda tegar adalah nol maka benda tersebut menunjukkan kesetimbangan rotasi karena momentum sudut tidak berubah seiring waktu.

Ekuilibrium Mekanis

Ketika kita meringkas temuan di atas dari kesetimbangan translasional dan rotasi, kita mendapatkan asumsi berikut:

F1 + F2 + F3 + F4 +… ..Fn = Fi = 0 (Untuk keseimbangan translasi)

τ1 + τ2 + τ3 + τ4 + …… τn = τi = 0 (Untuk kesetimbangan rotasi)

Persamaan ini adalah vektor di alam. Sebagai skalar, gaya dan torsi dalam komponen x, y, dan z adalah:

Perbaiki = 0, Fiy = 0, dan Fiz = 0 dan τix = 0, τiy = 0, dan τiz = 0

Kondisi gaya dan torsi yang independen membantu mencapai benda-benda yang kaku hingga mencapai keseimbangan mekanik. Secara umum, gaya yang bekerja pada benda kaku adalah coplanar. Tiga kondisi jika puas, membantu tubuh kaku mencapai keseimbangan. Kondisi keseimbangan translasional muncul ketika salah satu dari dua komponen sepanjang sumbu tegak lurus berjumlah nol.

Untuk kesetimbangan rotasi, perlu bahwa ketiga komponen menghasilkan nol. Selain itu, karena keseimbangan translasional adalah suatu kondisi yang tergantung pada perilaku partikel, oleh karena itu, jumlah vektor gaya pada semua partikel harus menjadi nol.

Kesetimbangan Parsial

Keseimbangan dalam benda yang tegar mungkin juga bersifat parsial. Ekuilibrium parsial suatu benda adalah keadaan di mana benda tegar hanya menunjukkan satu jenis keseimbangan.

Baca juga : Proses Termodinamika

Sebagai contoh, perhatikan gambar berikut:

Gambar ini menunjukkan contoh kesetimbangan rotasi. Q menjadi pusat dengan sisi PQ = QR = a. Gaya F pada titik P dan Q sama besarnya tetapi berlawanan arah. Sistem ini dalam kesetimbangan rotasi karena momen bersih pada batang adalah nol. Ekuilibrium translasional hanya dapat dilihat jika gaya dari titik P dan Q berlawanan dalam arah tegak lurus terhadap batang.

Gambar di bawah ini menunjukkan keseimbangan translasi. Pada gambar di bawah ini, momen dari gaya pada titik P dan Q adalah sama. Gaya F tidak berlawanan tetapi mereka bertindak dalam arti yang sama sehingga menyebabkan rotasi batang berlawanan arah jarum jam. Total kekuatan karenanya adalah nol.

Di sini, karena batang tanpa terjemahan menunjukkan rotasi. Jenis gaya yang bekerja pada batang disebut sebagai pasangan atau torsi. Sepasang gaya yang sama dan berlawanan dengan garis aksi berbeda yang menghasilkan rotasi tubuh disebut torsi pada tubuh itu.

Prinsip Momen

Untuk memahami keseimbangan mekanis, kita perlu memahami cara kerja titik tumpu dan tuas. Ini berpose sebagai contoh terbaik dari keseimbangan mekanik. Melihat-lihat di taman paling menjelaskan prinsip tuas dan titik tumpu. Lihat-lihat adalah tuas sedangkan titik di mana batang diputar adalah titik tumpu.

Tuas di sini menunjukkan keseimbangan mekanis. R, reaksi dukungan dari titik tumpu, diarahkan berlawanan dengan gaya, F1 dan F2 dan pada R - F1 - F2 = 0, kita melihat bahwa benda kaku mencapai kesetimbangan translasi. Ekuilibrium rotasi tercapai ketika d1F1 - d2F2 = 0. Untuk kesetimbangan rotasi, jumlah momen tentang titik tumpu adalah nol.

Di sini, F1 = memuat. F2 = upaya yang diperlukan untuk mengangkat beban, d1 = lengan beban dan d2 = lengan upaya. Pada kesetimbangan rotasi, d1F1 = d2 F2 atau F1 / F2 = d2 / d1. Rasio F1 / F2 juga disebut keunggulan Mekanik. Sekarang, jika d2> d1 maka keuntungan mekanis lebih besar dari 1, yang berarti bahwa usaha kecil dapat mengangkat beban.

Baca juga : Tempat Wisata di Pekanbaru

Pusat gravitasi

Pusat gravitasi adalah titik keseimbangan tubuh yang kaku. Situasi ini adalah hasil dari keseimbangan mekanis antara dua benda tegar. Misalnya, ketika Anda memegang buku di ujung jari Anda, pusat di mana buku itu seimbang disebut pusat gravitasi. Keseimbangan mekanis antara jari dan buku telah memungkinkan keseimbangan.

Reaksi ujung jari Anda di pusat sama dan berlawanan dengan Mg (gaya gravitasi). Keseimbangan ini adalah contoh dari keseimbangan translasi dan rotasi. Pusat gravitasi buku ini terletak pada titik di mana torsi total akibat gaya mg adalah nol. Karena itu, Pusat Gravitasi adalah titik di mana torsi gravitasi total pada benda tegar adalah nol.(Fykral)