Fisika

Kesetimbangan Benda Tegar

Written by Kamal N

Kesetimbangan benda tegar – Pada pembelajaran fisika, kesetimbangan benda tegar merupakan salah satu materi yang akan dipelajari. Kesetimangan benda tegar juga kerap kita aplikasikan di kehidupan sehari-hari lho. Selain itu, materi kesetimbangan benda tegar juga ada hubungannya dengan gaya resultan.

Secara mudahnya, kesetimbangan benda tegar hanya dapat terjadi pada kondisi-kondisi tertentu saja. Bahkan agar terjadi kesetimbangan benda tegar juga harus memenuhi syarat tertentu lho.

Contoh kondisi kesetimbangan benda tegar adalah seperti yang terjadi pada lampu gantung di rumah. Jika kalian memiliki lampu gantung coba untuk perhatikan kembali bagian tangkai yang ada pada lampu tersebut.

Apakah tangkai tersebut terbuat dari benda karet atau mungkin benda lain seperti tali rafia? Tentunya tidak keduanya. Ketika tangkai lampu terbuat dari tali rafia, maka kemungkinan besar akan terputus pada kurun waktu tertentu. Karena terputus, lampu akan dapat terjatuh. Hal inilah yang menjadikan tangkai lampu gantung terbuat dari bahan logam dan berbentuk seperti rantai.

Kondisi tersebut dimaksudkan agar bisa menjaga keseimbangan lampu karena tali penopang sudah dalam kondisi kokoh dan kuat. Posisi lampu akan tetap bisa seimbang meski tidak dikenai gaya dari luar seperti gaya sentuh.

Keseimbangan yang dialami oleh lampu inilah yang sudah dipengaruhi oleh prinsip kesetimbangan benda tegar pada ilmu fisika. Yuk, kita simak bersama-sama pembahasan tentang kesetimbangan benda tegar sampai selesai, ya.

Pengertian Benda Tegar

Sebelum memahami mengenai kesetimbangan benda tegar, akan lebih mudah jika kita memahami apa itu benda tegar. Benda tegar bisa diartikan sebagai suatu benda yang memiliki bentuk tak berubah meski diberi gaya dari luar.

Benda tersebut dianggap sebagai suatu titik materi dengan ukuran yang dapat diabaikan. Hal ini berlaku ketika benda tersebut dimasukkan ke dalam sistem partikel. Karenanya akan menyebabkan semua gaya yang bekerja pada benda tersebut akan dianggap bekerja pada titik materi yang dapat menyebabkan terjadinya suatu gerak translasi atau (∑F = 0).

Pengertian Kesetimangan Benda Tegar

Kesetimbangan benda tegar adalah suatu kondisi dimana momentum yang terjadi pada benda akan bernilai nol. Jika pada awalnya suatu benda diam, maka benda tersebut akan cenderung tetap dalam kondisi awal.

Kesetimbangan atau keseimbangan juga bisa diartikan sebagai suatu kondisi benda dengan gaya resultan dengan momen gaya resultan akan sama dengan nol. Benda setimbang juga bisa diartikan sebagai keadaan suatu benda yang tidak mengalami percepatan linier atau percepatan sudut.

Syarat Kesetimbangan Benda Tegar

Seperti yang dijelaskan di awal jika kesetimbangan benda tegar tidak bisa terjadi begitu saja. Pasalnya ada beberapa syarat yang harus dipenuhi untuk bisa menciptakan kesetimbangan benda tegar. Adapun syarat dalam kesetimbangan benda tegar adalah sebagai berikut ini.

  1. Jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda harus memiliki angka nol. Atau bisa juga kita tuliskan sebagai ∑Fx = 0 dan ∑Fy = 0.
  2. Total momen gaya atau torsi yang bekerja suatu benda akan sama dengan angka nol. Atau bisa kita tuliskan sebagai ∑τ = 0.

Jenis Kesetimbangan Benda Tegar

pixabay.com/neshom

Dilihat dari kedudukan titik berat pada benda, kesetimbangan benda tegar dalam kondisi diam atau keseimbangan statis akan dibagi menjadi tiga kelompok seperti kesetimbangan stabil, kesetimbangan labis dan juga kesetimabnagan indeferen.

Ketiga jenis kesetimbangan benda tegar tersebut memiliki pengertian dan kondisi yang berbeda. Oleh karena itu untuk lebih memahaminya, kalian bisa membaca penjelasan yang ada di bawah ini.

1. Kesetimbangan Stabil

Kesetimbangan stabil bisa diartikan sebagai kesetimnbangan yang akan dimiliki oleh suatu benda meskipun benda tersebut dipengaruhi oleh sedikit gaya dari luar, maka benda tersebut akan tetap akan kembali ke posisi awalnya.

Sebagai contoh dari kesetimbangan stabil adalah pada keleren yang telah diletakkan pada sebuah bidang cekung. Nantinya kelereng tersebut akan mendapatkan sedikit gaya dari luar hingga akhirnya gaya tersebut akan hilang. Kondisi ini menyebabkan kelereng akan mengalami sedikit pergerakan hingga akhirnya kembali ke posisi semula.

Tanda keseimbangan stabil adalah adanya kenaikan titik benda ketika dipengaruhi oleh suatu gaya atau adanya gangguan kecil.

2. Kesetimbangan Labil

Selanjutnya ada kesetimbangan labil yang bisa diartikan sebagai kondisi keseimbangan pada suatu benda jika benda tersebut mendapatkan sedikit gaya dari luar, maka benda tersebut akan tidak akan mampu kembali ke posisi awal.

Contoh dari kesetimbangan labil adalah ketika kelereng diletakkan pada suatu bidang cembung. Dimana kelereng tersebut awalnya akan mendapatkan gaya dari luar yang selanjutnya gaya tersebut akan menghilang.

Akibatnya, kelereng tersebut tidak akan kembali pada posisi awalnya. Tanda keseimbangan labil adalah ketika terjadinya penurunan titik berat pada benda yang dipengaruhi oleh  suatu gaya dari luar.

3. Kesetimbangan Indeferen

Terakhir ada kesetimangan indeferen atau biasa disebut sebagai kesetimbangan netral. Dimana jenis kesetimbangan ini adalah suatu kondisi kesimbangan yang akan dimiliki oleh benda ketika diberikan sedikit gaya dari luar, maka kondisi benda tersebut tidak akan mengalami perubahan pada bagian titik berat benda.

Sebagai contohnya adalah ketika kelereng diletakkan pada suatu lantai dengan kondisi datar. Maka keadaan dari kelereng tersebut tidak akan berubah titik beratnya meskipun diberi titik berat. Titik berat kelereng tersebut akan berada di bagian pusat kelereng.

Tanda kesetimbangan indeferen sendiri adalah tidak adanya perubahan yang  pasti pada titik berat ketika diberikan gaya dari luar.

Kesetimbangan Benda Tegar Pada Kehidupan Sehari-hari

Prinsip kesetimbangan benda tegar memang sudah banyak diterapkan pada kehidupan sehari-hari. Sebagai contoh dari penerapan prinsip kesetimbangan benda tegar adalah dalam proses pembuatan jembatan serta bangunan konstruksi rumah.

Agar jembatan tersebut tidak mudah roboh  meskipun dilewati oleh kendaraan dengan bobot berat sekalipun, maka jembatan tersebut memang harus bisa memenuhi kesetimbangan statis atau keseimbangan benda ketika dalam kondisi diam.

Hal ini juga berlaku pada sebuah bangunan konstruksi rumah yang juga harus memenuhi prinsip kesetimbangan. Contoh penerapan prinsip kesetimbangan benda tegar lainnya adalah pada proses pembuatan mainan mainan boneka tinju anak-anak.

Dimana boneka tinju adalah jenis boneka yang kerap digunakan untuk bermain tinju oleh anak-anak. Keunikan dari boneka tersebut adalah tidak bisa jatuh walaupun sudah dipukul cukup keras sekalipun. Ketika boneka tinju dipukul terlalu keras, maka posisinya akan tetap akan kembali ke posisi semula.

Prinsip yang digunakan oleh boneka tinju tersebut adalah keseimbangan benda tegar, keseimbangan stabil ketika benda tersebut diberikan sedikit gaya, maka benda tersebut dapat kembali ke posisi semula.

Pada timbangan seperti neraca ohauss juga menerapkan kesetimbangan benda tegar dimana konsep neraca jenis ini akan ketika tuas sebelah kanan membuat putaran searah yang bisa diartikan sebagai torsi bernilai positif dan tuas sebelah kiri akan membuat suatu putaran berlawanan dengan arah jarum jam atau memiliki nilai torsi negatif.

Itu artinya, jika beban yang ada di bagian kiri dan beban timbangan sebelah kanan menjadikan posisi tuas pada bagian kanan dan kiri seimbang, maka torsi tersebut akan memiliki nilai atau sistem tersebut dalam keadaan seimbang.

Memahami fisika memang harus dilakukan dari dasar. Pemahaman akan dasar seperti konsep hingga melakukan evaluasi mandiri dengan contoh-contoh seperti yang ada di dalam buku Dasar Dasar Fisika Konsep, Rumus & Evaluasi Mandiri tentunya akan sangat membantu.

Momen Kopel

Momen kopel adalah sebuah pasangan gaya dengan besaran yang sama namun berlawanan arah. Kopel dapat bekerja pada suatu benda yang pada akhirnya menyebabkan adanya momen kopel. Secara matematis, momen kopel bisa dituliskan sebagai berikut.

M =- F x d

Keterangan:

M = momen kopel (Nm)

F = gaya (N)

d = panjang lengan gaya (m)

Karena momen kopel memiliki besar dan arah, maka bisa diartikan jika momen kopel masuk ke dalam besaran vektor. Tentunya kalian juga harus bisa memperhatikan bagaimana kecenderungan benda ketika berputar.

Cara paling mudah untuk membuat perjanjian tanda adalah sebagai berikut.

  1. Dimana momen kopel akan bernilai negatif ketika berputar searah dengan jarum jam.
  2. Momen kopel akan bernilai positif ketika berputar berlawanan dengan jarum jam.

Ketika beberapa momen kopel bekerja pada suatu bidang, maka persamaan matematis dari momen kopel adalah sebagai berikut.

M = M1 + M2 + M3 ……. Mn

Ilmu Yang Berhubungan Dengan Kesetimbangan Benda Tegar

Dari penjelasan di atas bisa kita ketahui jika kesetimbangan benda tegar ada hubungannya dengan beberapa cabang ilmu lainnya. Nah, cabang ilmu yang ada kaitannya dengan kesetimbangan benda tegar adalah sebagai berikut ini.

1. Torsi Benda Tegar

Kesetimbangan benda tegar tidak akan lepas dengan adanya torsi atau momen gaya rotasi. Dimana dasar konsep torsi terhadap benda tegar bisa kita ambil contoh dari engsel pintu. Ketika engsel pintu dianggap sebagai benda tegar dan diberikan torsi dengan besaran tertentu, maka sistem engsel tersebut dapat bekerja hingga menjadikan pintu terbuka.

Besaran nilai torsi kesetimbangan benda tegar tergantung pada jarak lengan terhadap sumbu rotasi dan arah torsi itu sendiri. Tak hanya memiliki nilai saja, namun torsi juga akan memiliki arah karena besaran vektor.

Dimana torsi benda tegar dengan nilai positif akan memiliki arah putaran kebalikan dari jarum jam dan untuk torsi dengan nilai negatif akan memiliki arah putaran searah jarum jam.

2. Momen Inersia Benda Tegar

Sama dengan hukum Newton 1 terkait dengan kelembaman atau hukum intarsia. Dimana kondisi awal suatu benda akan dipengaruhi oleh kecenderungan gerak dan kesetimbangan benda tegar juga akan dipengaruhi oleh momen inersia. Momen inersia pada kesetimbangan benda tegar secara otomatis akan berhubungan terhadap torsi. Hal ini karena momen inersia benda tegar akan terjadi pada benda yang telah mengalami torsi.

3. Titik Berat Benda Tegar

Titik berat akan ada hubungannya dengan kesetimbangan benda tegar karena memiliki pengaruh resultan gaya terhadap kesetimbangan benda tegar itu sendiri. Dimana nantinya resultan gaya pada sebuah benda secara umum akan berada pada titik berat benda.

Rumus Kesetimbangan Benda Tegar

Dalam materi kesetimbangan benda tegar juga bisa dituliskan secara matematis. Nah rumus dari kesetimbangan benda tegar tersebut adalah sebagai berikut ini.

τ =r F sinθ

Keterangan

τ = torsi

r = jarak radial dari sumbu ke titik tangkap gaya

θ = sudut lancip antara garis-garis r dan F

Belajar fisika akan terasa lebih mudah jika metode yang diterapkan begitu pas bagi para siswa. Dimana hal tersebut bisa kalian temukan dalam buku fisika is so fun. Buku ini memberikan banyak contoh pernyataan yang dikaitkan dengan materi fisika.

Contoh Soal Kesetimbangan Benda Tegar

Dalam materi kesetimbangan benda tegar bukan hanya tentan pengertiannya saja yang harus dipahami. Namun penerapan rumus kesetimbangan benda tegar juga harus kalian pahami. Oleh karena itu artikel ini tak hanya memberikan informasi mengenai pengertian kesetimbangan benda tegar saja.

Namun juga ada contoh soal kesetimbangan benda tegar lengkap dengan pembahasannya. Dengan memahami perhitungan kesetimbangan benda tegar yang ada di bawah ini tentunya kalian juga makin mudah memahaminya.

Contoh soal 1

Batang homogen 100N dipakai sebagai tuas. Lihat gambar dibawah. Dimanakah harus dipasang penyangga agar beban 500N pada ujung yang satu dapat diimbangi dengan beban 200N pada ujung yang lain? Carilah beban pada penyangga.

Jawab:

(sumber gambar: rumuspintar.com)

Diketahui

W = 100N

F1 = 500N

F2 = 200N

Penyelesaian

∑τ = 0

x 200 sin (900) + (x-L/2) 100 sin (900) – (L-x) 500 sin (900) = 0

200x + 100x – 50L – 500L + 500x = 0

x = 0.69L dari ujung kiri

Beban S yang menekan pada penyangga dapat dihitung dengan persamaan :

∑Fy = 0

S-200N – 100N – 500N = 0

S = 800N

(sumber soal: rumuspintar.com)

Contoh soal 2

Perhatikan gambar berikut!

(Sumber gambar: calwriterssfv.com)

Balok AB = 5 m, BZ = 1 m (Z = titik berat balok). Jika berat balok 100 N, maka berat beban C

adalah…

  1. 40 N
  2. 60 N
  3. 80 N
  4. 90 N
  5. 92 N

Jawaban: C

Pembahasan:

Diketahui:

WAB = 100 N

dAZ = 4 m

dAB = 5 m

Ditanyakan: WC = …?

Jawaban:

∑Ʈ = 0

WC . dAB = WAB . dAZ

WC . 5 m = 100 N . 4 m

WC = 400 N.m/5 m = 80 N

Contoh soal 3

Perhatikan gambar di bawah ini:

(Sumber gambar: calwriterssfv.com)

Pada gambar diatas, Z adalah titik berat batang AB yang massanya 10 kg. Jika sistem dalam

keadaan setimbang, maka massa beban C adalah…

  1. 50 kg
  2. 30 kg
  3. 20 kg
  4. 10 kg
  5. 4 kg

Jawaban: E

Pembahasan:

∑Ʈ = 0

N . 0 + WB . 2 m – T . 5 m = 0

0 + 100 N . 2 m – WC . 5 m = 0

200 Nm = 5 m . WC

WC = 200/5 = 40 N

m . g = 40 N

m = 40 N / g = 40 N / 10 m/s2 = 4 Kg

Contoh soal 4

Perhatikan gambar di bawah ini.

(Sumber gambar: calwriterssfv.com)

Nilai tali P adalah……

. 100 N

  1. 180 N
  2. 210 N
  3. 300 N
  4. 400 N

Jawaban: D

Pembahasan:

T sin 450 = 300 N

T . 1/2 √2 = 300 N

T = 600 N/√2 = 300 √2 N

T . cos 450 = P

300 √2 N . 1/2 √2 = P

P = 300 N

(Sumber soal: calwriterssfv.com)

Mata pelajaran fisika bukan hanya mengenai kesetimbangan benda tegar saja. Namun fisika juga memiliki banyak materi menarik seperti rangkuman  yang ada di dalam buku Ringkasan Materi dan Latihan Soal Fisika Kelas XII SMA/ MA Kurikulum 2013.

Nah, itulah ulasan mengenai kesetibangan benda tegar, mulai dari pengertian dan contoh soal kesetimbangan benda tegar sudah dijelaskan di atas. Semoga semua pembahasan di atas bermanfaat untuk kalian, Grameds.

Jika ingin mencari buku seputar matematika, maka kalian bisa mendapatkannya di gramedia.com. Untuk mendukung Grameds dalam menambah wawasan, Gramedia selalu menyediakan buku-buku berkualitas dan original agar Grameds memiliki informasi #LebihDenganMembaca.

Penulis: Hendrik

Sumber soal:

  • https://calwriterssfv.com/contoh-soal-kesetimbangan-benda-tegar/#Contoh_Soal_Kesetimbangan_Benda_Tegar
  • https://mejakelas.com/kesetimbangan-benda-tegar/

sumber gambar:

  • https://calwriterssfv.com/contoh-soal-kesetimbangan-benda-tegar/#Contoh_Soal_Kesetimbangan_Benda_Tegar
  • https://mejakelas.com/kesetimbangan-benda-tegar/

sumber materi:

  • https://www.studiobelajar.com/kesetimbangan-benda-tegar/
  • https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/keseimbangan-benda-tegar-fisika-kelas-11/
  • https://beelajar.com/materi/sma-kelas-11-kesetimbangan-benda-tegar/
  • https://rumuspintar.com/kesetimbangan-benda-tegar/
  • https://kumparan.com/berita-hari-ini/kesetimbangan-benda-tegar-pengertian-jenis-dan-syaratnya-1x1XtUmcyXW
  • https://mejakelas.com/kesetimbangan-benda-tegar/
  • https://www.kursiguru.com/contoh-soal-kesetimbangan-benda-tegar/

About the author

Kamal N

Ada banyak pelajaran yang dipelajari ketika di sekolah, salah satunya adalah fisika. Ilmu fisika ini juga sering kita temukan dalam kehidupan sehari-hari.