Kesetimbangan Benda Tegar

Pengertian Kesetimbangan Benda Tegar

Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami perubahan bentuk akibat pengaruh gaya atau momen gaya. Sebenarnya benda tegar hanyalah suatu model idealisasi. Karena pada dasarnya semua benda akan mengalami perubahan bentuk apabila dipengaruhi oleh suatu gaya atau momen gaya. Namun, karena perubahannya sangat kecil, pengaruhnya sehingga dapat diabaikan.

Kesetimbangan benda penting dipelajari karena banyak bidang ilmu yang menerapkannya. Misalnya, bidang arsitek atau teknik sipil (merancang dan mendesain rumah kokoh), bidang olahraga, (yudo, senam, dan tinju), dan bidang medis atau terapi (kekuatan otot untuk menjaga kesetimbangan tubuh). 

            Sesuai hukum I Newton, kesetimbangan dapat Anda bedakan menjadi dua macam, yaitu kesetimbangan statis (kesetimbangan benda ketika dalam keadaan diam) dan kesetimbangan dinamis (kesetimbangan benda ketika bergerak dengan kecepatan konstan). Pada bab ini Anda akan membahas kesetimbangan statis yang terjadi pada partikel maupun pada benda tegar. 

            B. Gerak Translasi dan Gerak Rotasi

Gerak translasi atau gerakan menggeser suatu benda disebabkan oleh pengaruh gaya F pada benda tersebut. Jika jumlah gaya-gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol, maka benda akan bergeser dengan percepatan tertentu. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut :

Anda tentu masih ingat rumus Hukum II Newton, bukan? Berdasarkan rumus tersebut dapat disimpulkan sebagai berikut.

1. Jika gaya diperbesar, maka percepatan benda makin besar pula.

2. Jika gaya diperkecil, maka percepatan benda makin kecil pula.

3. Nilai perbandingan antara besarnya gaya dan besarnya percepatan adalah konstan, yaitu sama dengan massa benda.

Pada gerak translasi massa benda merupakan ukuran kelembamannya/momen inersia (sifat lembam adalah sifat mempertahankan keadaan mula-mula). Pada kehidupan sehari-hari, kita sering menemui kenyataan bahwa menggeser benda yang massanya besar lebih sulit dibandingkan menggeser benda yang massanya kecil. Jadi, dapat disimpulkan bahwa makin besar ukuran momen inersia suatu benda, makin sulit benda tersebut digeser (melakukan gerak translasi).

Setelah Anda mengerti tentang sifat lembam pada sistem gerak translasi, sekarang Anda akan mempelajarinya pada gerak rotasi. Gerak rotasi (melingkar) adalah gerakan pada bidang datar yang lintasannya berupa lingkaran. Pada gerak rotasi, momen inersia suatu benda bergantung kepada bentuk benda dan letak sumbu putar benda tersebut.

C. Syarat Kesetimbangan Benda

Pada umumnya benda yang sedang bergerak mengalami gerak translasi dan rotasi. Suatu benda dikatakan setimbang apabila benda memiliki kesetimbangan translasi dan kesetimbangan rotasi. Dengan demikian, syarat kesetimbangan benda adalah resultan gaya dan momen gaya terhadap suatu titik sembarang sama dengan nol. Secara matematis dapat dituliskan:

dan

D. Macam-Macam Kesetimbangan

Kesetimbangan translasi adalah kesetimbangan yang dialami benda ketika bergerak dengan kecepatan linear konstan ( konstan) atau tidak mengalami perubahan linear (a = 0). Kesetimbangan rotasi adalah kesetimbangan yang dialami benda ketika bergerak dengan kecepatan sudut konstan ( konstan) atau tidak mengalami percepatan sudut ( = 0).

Jika sebuah benda yang berada dalam keadaan seimbang stabil dipengaruhi oleh gaya luar, maka benda tersebut mengalami gerak translasi (menggeser) dan gerak rotasi (menggelinding). Gerak translasi (menggeser) disebabkan oleh gaya, sedangkan gerak rotasi (mengguling) disebabkan oleh momen gaya. Oleh karena itu, Anda dapat menyatakan syarat-syarat kapan suatu benda akan menggeser, menggulung, atau menggelinding (menggeser dan menggelinding).

a. Syarat benda menggeser adalah dan

b. Syarat benda mengguling adalah dan

c. Syarat benda menggelinding adalah dan

Berdasarkan kedudukan titik beratnya, kesetimbangan benda ketika dalam keadaan diam (kesetimbangan statis) dikelompokkan menjadi tiga, yaitu kesetimbangan stabil, kesetimbangan labil, dan kesetimbangan indeferen.

1. Kesetimbangan Stabil

Kesetimbangan stabil adalah kesetimbangan yang dialami benda di mana apabila dipengaruhi oleh gaya atau gangguan kecilm benda tersebut akan segera ke posisi kesetimbangan semula. Gambar menunjukkan sebuah kelereng yang ditempatkan dalam bidang cekung. Ketika diberi gangguan kecil dan kemudian dihilangkan, kelereng akan kembali ke posisi semula. Kesetimbangan stabil ditandai oleh adanya kenaikan titik benda jika dipengaruhi suatu gaya.

2. Kesetimbangan Labil

Kesetimbangan labil adalah kesetimbangan yang dialami benda yang apabila diberikan sedikit gangguan benda tersebut tidak bisa kembali ke posisi kesetimbangan semula. Pada Gambar menunjukkan sebuah kelereng yang ditempatkan di atas bidang cembung. Ketika diberi gangguan kecil dan kemudian dihilangkan, kelereng tidak akan pernah kembali ke posisi awalnya. Kesetimbangan labil ditandai oleh adanya penurunan titik berat benda jika dipengaruhi suatu gaya.

3. Kesetimbangan Indiferen

Kestetimbangan indeferen atau netral adalah kesetimbangan yang dialami benda yang apabila diberikan sedikit gangguan benda tersebut tidak mengalami perubahan titik berat benda. Pada Gambar menunjukkan sebuah kelereng yang ditempatkan di atas sebuah bidang datar. Ketika diberi gangguan kecil dan kemudian dihilangkan, kelereng akan kembali diam pada kedudukan yang berbeda. Kesetimbangan netral ditandai oleh tidak adanya perubahan pasti titik berat jika dipengaruhi suatu gaya.