Physique

Momen Gaya

Mengamati roda yang berputar, pintu yang berotasi membuka atau menutup atau permainan roda putar di pasar malam. Mengapa semua itu bisa berputar atau berotasi? Besaran yang dapat menyebabkan benda berotasi itulah yang dinamakan momen gaya atau torsi.
Momen gaya merupakan besaran yang dipengaruhi oleh gaya dan lengan. Lihat Gambar
Untuk memutar baut diperlukan lengan d dan gaya F. Besar momen gaya didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya yang bekerja dengan lengan yang saling tegak lurus. Bagaimana jika membutuhkan sudut tertentu? Besarnya dapat memenuhi persamaan berikut. Momen inersia merupakan besaran vektor. Besarnya memenuhi persamaan dan arahnya sesuai kaedah tangan kanan seperti Gambar C
Contoh Soal Beserta Penyelesaian :
Batang AB bebas berputar di titik O. Seperti pada Gambar (a).
Panjang AB = 3 m, AO = 2 m dan OB = 1 m. Pada titik A bekerja gaya FA = 10 N dan pada titik B bekerja gaya FB = 20 N. Tentukan torsi yang bekerja pada batang dan arah putarnya.

Penyelesaian :
Untuk menentukan torsi batang AB dapat digambarkan nilai t positif atau negatif dan gaya yang
tegak lurus. Lihat Gambar (b). Maka torsi di titik O memenuhi:
τ0 = -(OA)FA + (OB) . FB sin 30O
= -2 . 10 + 1 . 20 . 1/2 = -10 Nm
τ0 bernilai negatif berarti batang AB akan berotasi searah jarum jam dengan poros di titik O.

Momen Inersia

Momen Inersia adalah ukuran kelembaman(resistansi) sebuah partikel terhadap perubahan kedudukan atau posisi dalam gerak rotasi. Momen inersia partikel bisa ditulis dalam persamaan atau rumus matematika I = mr2 dengan I= momen inersia(satuan kgm2), m = massa (satuan kg), serta r =jarak partikel ke sumbu putar (satuan m).

Jika terdapat banyak partikel atau lebih dari satu dengan massa mi dan jaraknya ri terhadap poros atau sumbu putar maka momen inersia total adalah jumlah aljabar dari masing-masing momen inersia partikel tau ditulis dalam bentuk persamaan berikut 

 m= massa partike (kg) serta r= jarak partikel ke`poros(m)


Momen inersia benda yang berotasi dengan sumbu putar di titik tertentu dinyatakan dengan persamaan

 Untuk benda benda tertentu rumus momen inersia adalah

Teorema Sumbu Sejajar

Teorema Sumbu sejajar digunakan untuk menghitung momen Inersia suatu bangun yang diputar dengan poros tidak pada pusat massa(pm) atau sembarang tempat. Bila momen inersia sebuah benda terhadap pusat massa(Ipm) diketahui, momen inersia terhadap sembarang sumbu yang sejajar(paralel) terhadap sumbu pusat massa dapat dihitung dengan persamaan

Keterangan
I= momen inersia terhadap sembarang sumbu
Ipm= momen inersia terhadap pusat massa
M= massa total benda
a=jarak sumbu pusat massa ke sumbu paralel.
Persamaan diatas dikenal dengan Teorema sumbu sejajar atau teorema sumbu paralel

Sebagai contoh

Sebuah bola pejal mermassa M dirotasikan terhadap salah satu diameternya melalui pusat massa O, bila jari-jari bola adalah R, maka tentukan momen Inersia bola terhadap titik P yang sejajar dengan poros rotasi bola!

Jawaban:

Momen inersia bola pejal yang diputar melalui pusat bola adalah: Ipm =(2MR^2)/5 Selanjutnya sumbu putar di geser sejauh a = R dari pusat massa. Maka dengan menggunakan Teorema sumbu sejajar akan diperoleh

Kestimbangan Benda Tegar
Jika benda dipengaruhi gaya yang jumlahnya nol ΣF = 0 maka benda akan lembam atau seimbang translasi. Hukum I Newton dapat dikembangkan untuk gerak rotasi. Jika suatu benda dipengaruhi momen gaya yang jumlahnya nol (Στ = 0) maka benda tersebut akan seimbang rotasi.
Kedua syarat di atas itulah yang dapat digunakan untuk menjelaskan mengapa sebuah benda tegar itu seimbang. Sebuah benda tegar akan seimbang jika memenuhi keadaan syarat di atas. Berarti berlaku syarat di bawah.

Soal dan Penyelesaian
Sebuah papan panjangnya 2 m diberi penopang tiap-tiap ujungnya seperti pada Gambar. Massa papan 10 kg. Pada jarak 50 cm dari penopang B diletakkan beban 80 N. Jika sistem dalam keadaan seimbang maka tentukan gaya tekan normal yang bekerja di titik A dan B!
Penyelesaian :
Untuk menentukan nilai NA dan NB dapat digunakan syarat persamaan di atas. Karena keduanya belum diketahui, gunakan syarat Στ = 0 terlebih dahulu.
Acuan titik A
Momen gaya yang bekerja dari titik A dapat digambarkan seperti pada Gambar , dan
berlaku syarat berikut.
ΣτA = 0
(AB). NB − (AO). wAB − (AC) . w = 0
2 . NB − 1. 100 − 1,5 . 80 = 0
2 NB = 220
NB = 110 N
Nilai NA dapat ditentukan dengan syarat ΣF = 0 sehingga diperoleh :
ΣF = 0
NA + NB − wAB − w = 0
NA + 110 − 100 − 80 = 0
NA = 70 N
2. Sebuah papan nama bermassa 10 kg digantung pada batang bermassa 4 kg seperti pada Gambar (a). Agar sistem dalam keadaan seimbang maka berapakah tegangan minimum yang dapat ditarik oleh tali BC?
Penyelesaian :
Tegangan T minimum adalah besar tegangan yang dapat menyebabkan sistem itu seimbang sesuai beratnya. Gaya dan momen gayanya dapat
digambarkan seperti pada Gambar (b).
Nilai T dapat ditentukan dengan syarat Στ = 0 di titik A.
ΣτA = 0
(AB).T sin 30O− (AB).wAB−(AB).w = 0
l . T . − l . 40 − l . 100 = 0
T − 40 − 200 = 0
T = 240 N