Bab III Kecepatan relatif dua buah titik pada satu penghubung kaku. Penghubung berputar terhadap satu titik tetap

Transkripsi

1 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno ab III KECEPTN RELTIF DN PERCEPTN RELTIF 3.1 KECEPTN RELTIF Kecepatan relatif dua buah titik pada satu penghubung kaku Penghubung berputar terhadap satu titik tetap Perhatikan sebuah penghubung kaku ang berputar terhadap satu titik tetap. Seperti ditunjukkan dalam gambar 3.1 V V R V R Gambar 3.1. Kecepatan sebuah titik ang bergerak terhadap satu titik tetap Jarak antara dan adalah R dan garis - membuat suatu sudut sebesar θ terhadap sumbu. Universitas rawijaa 1

2 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno Perpindahan titik dalam arah sumbu = R cos θ dan perpindahan titik dalam arah sumbu = R sin θ Dideferensial terhadap waktu dengan harga R konstan diperoleh : d = d( R cosθ ) = R( sin θ ) d d( R cosθ ) = = ( R cosθ ) d Kecepatan titik dalam arah adalah = d Kecepatan titik dalam arah adalah V = Kecepatan sudut garis - adalah : ω = Maka kecepatan pada titik : 1. Dalam arah adalah V = -Rω sin θ. Dalam arah adalah V = Rω cos θ Kecepatan total titik diperoleh dengan menjumlahkan secara vector kedua komponen kecepatan tegak lurus. V = Rω sin θ Rω cos θ V = [(R ω sin θ ) + ( Rω cos θ ) ] 1/ = Rω (sin θ + cos θ ) = Rω Universitas rawijaa

3 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno Dari gambar diatas ditunjukkan bahwa kecepatan titik tegak lurus terhadap garis Hubungan kecepatan dua buah titik pada satu penghubung kaku Persamaan kecepatan relatif untuk dua buah titik pada satu penghubung kaku dapat diperoleh dengan mengembangkan prosedur analisa diatas. R cos R sin V R R R sin V Y X R cos Gambar 3.. Hubungan kecepatan dua buah titik pada satu penghubung kaku Perhatikan sebuah garis -, seperti terlihat pada gambar 3.3 ang mempunai gerak kombinasi translasi dan rotasi. Koordinat titik adalah (X,Y), panjang - sebesar R dan sudut ang dibentuk garis - dan sumbu adalah θ. Sehingga koordinat titik adalah : Universitas rawijaa 3

4 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno X = X + R cos θ Y = Y + R sin θ Dideferensialkan terhadap waktu t, dan R adalah besaran Konstanta d = dx Rsin θ d = dy + R cosθ Dengan d d = V, d = V, V d =, = V, dan ω = Maka V = V Rω sin θ V = V + Rω cosθ Posisi dari vector-vektor kecepatan ini ditunjukkan pada gambar 3.3. Dengan menjumlahkan kedua persamaan diatas akan diperoleh kecepatan total dari titik. V = (V X a V a ) (Rω sin θ Rω cos θ ) Harga (V X a V a ) adalah kecepatan total titik, V dan Harga (R ω sin θ Rω cos θ ) = Rω, maka persamaan diatas dapat dituliskan menjadi : V = V Rω Dengan Rω adalah vector kecepatan ang tegak lurus ke garis - dan dalam arah ang sama dengan kecepatan sudutna. Kecepatan relatif titik terhadap titik adalah V = Rω. Universitas rawijaa 4

5 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno Sehingga untuk dua buah titik pada satu penghubung kaku, dapat dipakai salah satu dari dua persamaan dibawah ini : V = V Rω V = V V 3. PERCEPTN RELTIF 3..1 Percepatan sebuah titik pada sebuah penghubung ang berputar terhadap satu pusat tetap dengan jari-jari konstan. Universitas rawijaa 5

6 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno Universitas rawijaa 6

7 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno R a sin a R R a cos R a (e) Gambar 3.3. Percepatan sebuah titik pada sebuah penghubung ang berputar terhadap satu pusat tetap. Penghubung (Link) (Gambar 3.3 a) berputar terhadap satu pusat tetap, dengan kecepatan sudut ω radian per detik, kearah melawan putaran jam (CCW), dan percepatan sudutna α. Jarak sama dengan R. link membentuk sudut θ dengan sumbu. Diinginkan percepatan total ang diterima titik. Kecepatan titik : 1. Dalam arah adalah V = -Rω sin θ. Dalam arah adalah V = Rω cos θ Kedua persamaan diatas dideferensialkan terhadap waktu t, dan R adalah konstanta dihasilkan : dv = R[ ω (cosθ ) dω + (sin θ ) ] Universitas rawijaa 7

8 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno dv = R[ ω ( sin θ ) dω + (cosθ ) ] Percepatan titik dalam arah sumbu : Percepatan titik dalam arah sumbu : dω Percepatan sudut : α = dv b = dv b = Sehingga persamaan diatas menjadi : = Rω cosθ Rα sin θ = Rω sin θ + Rα cosθ Gambar 6.1b memperlihatkan vector-vektor dalam posisina masingmasing, sehingga percepatan total titik adalah : = ( R ω cosθ R ω sin θ ) ( R α sin θ R α cosθ ) Kedua komponen tegak lurus dalam tanda kurung pertama, ang ditunjukkan dalam gambar 3.3c memberikan sebuah resultan R, ang mempunai arah dari titik ke pusat perputaran penghubung (link). Dua komponen kedua tegak lurus dalam tanda kurung kedua, ang ditunjukkan dalam gambar 3.3d memberikan sebuah resultan Ra, ang mempunai arah tegak lurus ke garis -. Gambar 3.3e menunjukkan pengaruh pembalikan arah percepatan sudutna. Sehingga percepatan total titik dapat dinatakan dengan persamaan : = Rω Rα Dengan : R ω disebut komponen percepatan normal atau radial Universitas rawijaa 8

9 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno Rα disebut komponen percepatan tangensial Universitas rawijaa 9

10 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno 3.. Percepatan relatif dua buah titik pada satu penghubung kaku Sebuah gari - seperti pada gambar, adalah bagian dari penghubung kaku ang bergerak dalam suatu bidang dengan gerak sebarang, lokasi titik : a R Y X (a) X = X + R cos θ Y = Y + R sin θ Kecepatan titik : V = V Rω sin θ V = V + Rω cosθ Persamaan kecepatan titik dideferensialkan terhadap waktu t dengan harga R konstan diperoleh : dv = dv R[ ω (cosθ ) dω + (sin θ ) ] dv = dv + R[ ω ( sin θ ) dω + (cosθ ) ] Universitas rawijaa 30

11 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno Percepatan titik dalam arah sumbu : Percepatan titik dalam arah sumbu : Percepatan titik dalam arah sumbu : Percepatan titik dalam arah sumbu : Kecepatan sudut: ω = dω Percepatan sudut : α = dv b = dv b = dv b = dv = Maka persamaan diatas dapat dituliskan menjadi : = Rω cosθ Rα sin θ = Rω sin θ + Rα cosθ Percepatan total titik, diperoleh dengan menjumlahkan komponen tegak lurus: = Dengan menjumlahkan vector seperti ang ada digambar dengan urutan sebagai berikut : = ( ) ( ω R cosθ R ω sin θ ) ( R α sin θ R α cosθ ) Suku dalam kurung pertama adalah percepatan total titik Suku dalam kurung kedua adalah samadengan Rω aitu vector ang arahna dari ke. Suku dalam kurung ketiga adalah sama dengan Rα Universitas rawijaa 31

12 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno aitu vector dengan arah tegak lurus - dan arahna sesuai dengan arah percepatan sudutna. Sehingga percepatan titik dapat dinatakan dengan : = R ω R α R a a R (c) Dari persamaan ini percepatan titik sama dengan percepatan titik ditambah denganpercepatan relatif titik terhadap titik. Sehingga persamaan percepatan titik dapat dituliskan : = Dengan mengganti R = dan ω = maka didapatkan persamaan : V = V α Universitas rawijaa 3

13 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno Soal-soal : I. Kecepatan Relatif 1. penghubung - bagian dari sebuah mekanisme empat penghubung telah dianalisa dan telah didapatkan bahwa kecepatan adalah 10 m/ seperti ditunjukkan. Juga diketahui bahwa kecepatan sudut penghubung untuk sesaat pengamatan adalah 60 rat/det kearah putaran jam. jika penghubung - panjangna 10 cm berapa kecepatan total titik dan bearna dan arah. Selesaikan dengan memakai V =V + V ; dan selesaikan dengan memakai V= V +V. V 30 0 V. Sebuah penghubung - panjangna 0 cm. Komponen-komponen kecepatan titik a dan b seperti ditunjukkan. erapa besar dan arah kecepatan sudut penghubung 6 m/det 3 m/det 1.5 m/det 1.5 m/det Universitas rawijaa 33

14 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno 3. Kecepatan titik a pada penghung diketahui besar dan arahna. Kecepatan relatif titik terhadap titik diketahui besar dan arahna. Tunjukkan bagaimana kecepatan titik dan kecepatan titik C dapat ditentukan. V V C II. Percepatan Relatif 1. Sebuah penghubung ang panjangna 1.5 cm, berputar pada 400 rpm kearah putaran jarum jam, dengan salah satu ujungna tetap dan 5 detik kemudian berputar pada 1800 rpm, dengan percepatan sudut konstan. erapa percepatan titik tengah penghubung pada saat penghubung berputar pada 1400 rpm. pabila percepatan titik seperti ang ditunjukkan, berapa kecepatan sudut dan percepatan sudutpenghubung untuk posisi ang ditunjukkan Kemana arah percepatan sudutna Dapatkah arah kecepatan sudut diketahui =1000 m/det cm Universitas rawijaa 34

15 Diktat KINEMTIK leh : Ir. Erwin Sulito - Ir. Endi Sutikno 3. Jika percepatan normal titik terhadap titik adalah 15 m/det dan percepatan tangensial titik terhadap titik adalah 50 m/det. erapa kecepatan sudut dan percepatan sudut penghubung t =50 m/det = 15 cm n =15 m/det 4. Jika percepatan total titik-titik dan diketahui dan seperti ditunjukkan, berapa kecepatan sudut dan percepatan sudut penghubung Perhatikan dalam dua cara : hubungan percepatan titik terhadap titik, dan hubungan percepatan titik a dan titik. tentukan juga percepatan titik C. =00 m/det 60 0 =400 m/det C Universitas rawijaa 35