BENDA TEGAR FISIKA DASAR (TEKNIK SISPIL) Mirza Satriawan. menu. Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta

dokumen-dokumen yang mirip
MATERI PELATIHAN GURU FISIKA SMA/MA

Gerak rotasi: besaran-besaran sudut

FISIKA DASAR MIRZA SATRIAWAN

DEPARTMEN IKA ITB Jurusan Fisika-Unej BENDA TEGAR. MS Bab 6-1

Gambar 7.1 Sebuah benda bergerak dalam lingkaran yang pusatnya terletak pada garis lurus

MOMENTUM - TUMBUKAN FISIKA DASAR (TEKNIK SISPIL) (+GRAVITASI) Mirza Satriawan. menu

Konsep Usaha dan Energi

1/32 FISIKA DASAR (TEKNIK SIPIL) KINEMATIKA. menu. Mirza Satriawan. Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta

4 I :0 1 a :4 9 1 isik F I S A T O R A IK M A IN D

BAHAN AJAR FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER GENAP MATERI : DINAMIKA ROTASI

FISIKA XI SMA 3

GETARAN DAN GELOMBANG

1/24 FISIKA DASAR (TEKNIK SIPIL) FLUIDA. menu. Mirza Satriawan. Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta

GERAK BENDA TEGAR. Kinematika Rotasi

Fisika Umum (MA101) Kinematika Rotasi. Dinamika Rotasi

Bab 6 Momentum Sudut dan Rotasi Benda Tegar

Saat mempelajari gerak melingkar, kita telah membahas hubungan antara kecepatan sudut (ω) dan kecepatan linear (v) suatu benda

KHAIRUL MUKMIN LUBIS IK 13

(translasi) (translasi) Karena katrol tidak slip, maka a = αr. Dari persamaan-persamaan di atas kita peroleh:

Nama : Mohammad Syaiful Lutfi NIM : D Kelas : Elektro A

KONSEP USAHA DAN ENERGI

momen inersia Energi kinetik dalam gerak rotasi momentum sudut (L)

3.6.1 Menganalisis momentum sudut pada benda berotasi Merumuskan hukum kekekalan momentum sudut.

Momen Inersia. distribusinya. momen inersia. (karena. pengaruh. pengaruh torsi)

dengan g adalah percepatan gravitasi bumi, yang nilainya pada permukaan bumi sekitar 9, 8 m/s².

DINAMIKA GERAK FISIKA DASAR (TEKNIK SIPIL) Mirza Satriawan. menu. Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta

Dari gamabar diatas dapat dinyatakan hubungan sebagai berikut.

FIsika DINAMIKA ROTASI

BAB 1 Keseimban gan dan Dinamika Rotasi

Dinamika Rotasi, Statika dan Titik Berat 1 MOMEN GAYA DAN MOMEN INERSIA

A. Pendahuluan. Dalam cabang ilmu fisika kita mengenal MEKANIKA. Mekanika ini dibagi dalam 3 cabang ilmu yaitu :

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

SP FISDAS I. acuan ) , skalar, arah ( ) searah dengan

Contoh Soal dan Pembahasan Dinamika Rotasi, Materi Fisika kelas 2 SMA. Pembahasan. a) percepatan gerak turunnya benda m.

Satuan dari momen gaya atau torsi ini adalah N.m yang setara dengan joule.

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN

KINEMATIKA. Fisika. Tim Dosen Fisika 1, ganjil 2016/2017 Program Studi S1 - Teknik Telekomunikasi Fakultas Teknik Elektro - Universitas Telkom

C. Momen Inersia dan Tenaga Kinetik Rotasi

GERAK ROTASI. Hoga saragih. hogasaragih.wordpress.com

Jadi momentum anguler adalah jumlah momen dari momentum linear jika sumbu putar sistem berhimpit.

MAKALAH MOMEN INERSIA

K 1. h = 0,75 H. y x. O d K 2

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR MODUL 5 MOMEN INERSIA

1. (25 poin) Sebuah bola kecil bermassa m ditembakkan dari atas sebuah tembok dengan ketinggian H (jari-jari bola R jauh lebih kecil dibandingkan

Pembahasan UAS I = 2/3 m.r 2 + m.r 2 = 5/3 m.r 2 = 5/3 x 0,1 x (0,05) 2

BAB IX MEKANIKA BENDA TEGAR

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR MODUL 2 PESAWAT ATWOOD

RENCANA PEMBELAJARAN 12. POKOK BAHASAN : KERANGKA ACUAN NON - INERSIAL

Diferensial Vektor. (Pertemuan III) Dr. AZ Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

SILABUS ROTASI BENDA TEGAR UNTUK SMU KELAS 2 SEMESTER 2. Disusun Oleh SAEFUL KARIM

KINEMATIKA GERAK 1 PERSAMAAN GERAK

BAB 3 DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

BAB IV HASIL PENELITIAN

FISIKA DASAR MIRZA SATRIAWAN

Jawaban Soal OSK FISIKA 2014

a. Hubungan Gerak Melingkar dan Gerak Lurus Kedudukan benda ditentukan berdasarkan sudut θ dan jari jari r lintasannya Gambar 1

3. ORBIT KEPLERIAN. AS 2201 Mekanika Benda Langit. Monday, February 17,

RENCANA PEMBELAJARAN GERAK ROTASI UNTUK SMU KELAS 2 SEMESTER 2. Disusun Oleh SAEFUL KARIM

V. MOMENTUM DAN IMPULS

SILABUS MATAKULIAH. Revisi : 3 Tanggal Berlaku : 02 Maret 2012

TEST KEMAMPUAN DASAR FISIKA

PESAWAT ATWOOD. Kegiatan Belajar 1 A. LANDASAN TEORI

Bab VI Dinamika Rotasi

SELEKSI OLIMPIADE NASIONAL MIPA PERGURUAN TINGGI (ONMIPA-PT) 2014 TINGKAT UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA BIDANG FISIKA

Momen inersia yaitu ukuran kelembapan suatu benda untuk berputar. Rumusannya yaitu sebagai berikut:

Treefy Education Pelatihan OSN Online Nasional Jl Mangga III, Sidoarjo, Jawa WhatsApp:

Kinematika Gerak KINEMATIKA GERAK. Sumber:

Soal-Jawab Fisika Teori OSN 2013 Bandung, 4 September 2013

Fisika Dasar 9/1/2016

v adalah kecepatan bola A: v = ωr. Dengan menggunakan I = 2 5 mr2, dan menyelesaikan persamaanpersamaan di atas, kita akan peroleh: ω =

VII. MOMENTUM LINEAR DAN TUMBUKAN

Osilasi Harmonis Sederhana: Beban Massa pada Pegas

Jika sebuah sistem berosilasi dengan simpangan maksimum (amplitudo) A, memiliki total energi sistem yang tetap yaitu

BAB 3 DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

RENCANA PROGRAM KEGIATAN PERKULIAHAN SEMESTER (RPKPS)

PENGARUH PERBEDAAN PANJANG POROS SUATU BENDA TERHADAP KECEPATAN SUDUT PUTAR

FISIKA UNTUK UNIVERSITAS JILID I ROSYID ADRIANTO

1 Sistem Koordinat Polar

TOPIK 8. Medan Magnetik. Fisika Dasar II TIP, TP, UGM 2009 Ikhsan Setiawan, M.Si.

BAB 13 MOMEN INERSIA Pendahuluan

Mengukur Kebenaran Konsep Momen Inersia dengan Penggelindingan Silinder pada Bidang Miring

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

Agus Suroso. Pekan Kuliah. Mekanika. Semester 1,

SASARAN PEMBELAJARAN

Keseimbangan Benda Tegar dan Usaha

BAB. 6 DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBAGAN BENDA TEGAR A. MOMEN GAYA DAN MOMEN INERSIA

Momentum Linier. Hoga saragih. hogasaragih.wordpress.com

(Kegagalan adalah suatu pilihan. Jika hal-hal (yang anda lakukan) tidak mengalami kegagalan, artinya anda tidak cukup melakukan inovasi) Elon Musk

SOAL SOAL FISIKA DINAMIKA ROTASI

GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN

BAB II LANDASAN TEORI. A. Tinjauan Pustaka. 1. Vektor

Pembahasan UAS I = 2/3 m.r 2 + m.r 2 = 5/3 m.r 2 = 5/3 x 0,1 x (0,05) 2

Teori Relativitas. Mirza Satriawan. December 7, Fluida Ideal dalam Relativitas Khusus. M. Satriawan Teori Relativitas

Penulis : Fajar Mukharom Darozat. Copyright 2013 pelatihan-osn.com. Cetakan I : Oktober Diterbitkan oleh : Pelatihan-osn.com

Karena hanya mempelajari gerak saja dan pergerakannya hanya dalam satu koordinat (sumbu x saja atau sumbu y saja), maka disebut sebagai gerak

Aplikasi Prinsip Gyroscope untuk Mempertahankan Kesetimbangan Sebuah Sistem Sederhana

Fisika Umum (MA-301) Hukum Gerak. Energi Gerak Rotasi Gravitasi

Treefy Education Pelatihan OSN Online Nasional Jl Mangga III, Sidoarjo, Jawa WhatsApp:

GERAK LURUS Kedudukan

Pelatihan Ulangan Semester Gasal

Transkripsi:

1/36 FISIKA DASAR (TEKNIK SISPIL) BENDA TEGAR Mirza Satriawan Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta email: mirza@ugm.ac.id

Rotasi Benda Tegar Benda tegar adalah sistem partikel yang mana posisi relatif partikelpartikelnya, satu dengan yang lainnya di dalam sistem, (dianggap) tetap. Akibatnya ketika benda ini berotasi terhadap suatu sumbu tetap, maka jarak setiap partikel dalam sistem terhadap sumbu rotasi akan selalu tetap. Di sini kita hanya akan meninjau gerak rotasi dengan sumbu putar yang tetap orientasinya. 2/36

Sudut dan jarak Tinjau rotasi sebuah partikel dalam lintasan lingkaran dengan jejari r. 3/36 Jarak yang telah ditempuh dalam selang waktu t adalah s terkait dengan sudut θ (dalam radian). Hubungan s dan θ diberikan oleh s = rθ. Untuk selang waktu yang sangat kecil maka besar kecepatan linier

diberikan oleh ds dt = rdθ dt (1) 4/36

Kecepatan sudut Besaran ω dθ dt disebut sebagai kecepatan sudut, yang arahnya diberikan oleh arah putar tangan kanan, tegak lurus bidang lingkaran. Jadi hubungan antara kecepatan linier dengan kecepatan sudut diberikan oleh v = ω r. (2) 5/36

Percepatan sudut Percepatan sudut α didefinisikan sebagai laju perubahan kecepatan sudut terhadap waktu, α dω (3) dt Hubungan antara percepatan linier dan percepatan sudut diberikan oleh dv dt = rdω = rα (4) dt dengan arah α diberikan oleh arah perubahan ω, atau secara vektor a = α r. (5) 6/36

Kinematika rotasi 7/36 Karena persamaan-persamaan kinematika yang menghubungkan θ, ω dan α bentuknya sama dengan persamaan-persamaan kinematika gerak linear, maka dengan memakai analogi ini akan diperoleh kaitan sebagai berikut untuk keceptan sudut konstan θ(t) = θ 0 + ωt (6) dan kaitan-kaitan berikut untuk percepatan sudut konstan θ(t) = θ 0 + ω 0 t + 1 2 αt2 (7) ω(t) = ω 0 + αt (8) ω(t) 2 = ω0 2 + 2αθ. (9)

Momentum sudut Untuk memudahkan penyelidikan dan analisa terhadap gerak rotasi, didefinisikan beberapa besaran sebagai analog konsep gaya dan momentum. Pertama didefinisikan konsep momentum sudut l. Momentum sudut suatu partikel yang memiliki momentum linear p dan berada pada posisi r dari suatu titik referensi O adalah l = r p (10) Perlu diperhatikan bahwa nilai l bergantung pada pemilihan titik referensi O, nilainya dapat berubah bila digunakan titik referensi yang berbeda. 8/36

9/36

Torka Laju perubahan momentum sudut terhadap waktu didefinisikan sebagai besaran torka τ 10/36 karena bentuk maka d l dt = d d r ( r p) = dt dt d r dt p + r d p dt (11) p = v m v = 0 (12) τ = r F = d l dt. (13)

Sistem partikel (rotasi) Untuk suatu sistem banyak partikel total momentum sudutnya diberikan oleh L = li (14) i 11/36 dengan l i adalah momentum sudut partikel ke-i. Total torka yang bekerja pada sistem ini τ tot = i d l i dt = i τ i (15)

Torka internal dan eksternal Torka yang bekerja pada sistem dapat dikelompokkan menjadi dua jenis, torka internal yang bekerja pada partikel oleh partikel lain dalam sistem, dan torka eksternal yang berasal dari gaya eksternal. Karena prinsip aksi-reaksi, dan bila garis kerja gaya aksi-reaksi tersebut segaris maka total torka antara dua partikel i dan j τ ij + τ ji = r i F ij + r j F ji = ( r i r j ) F ij = 0. (16) 12/36

Kekekalan momentum sudut Sehingga total torka yang bekerja pada sistem partikel hanyalah torka eksternal, dan perubahan momentum sudut total sistem hanya bergantung pada torka eksternal d L dt = τ ekst tot (17) Ketika tidak ada torka eksternal maka momentum sudut total sistem akan konstan. 13/36

Energi Kinetik Rotasi Kita tinjau suatu sistem partikel yang berotasi terhadap suatu sumbu tetap. Jarak setiap partikel terhadapa sumbu rotasi selalu tetap. Bila sistem partikel ini adalah benda tegar maka kesemua partikel akan bergerak bersama-sama dengan kecepatan sudut yang sama. Energi kinetik sistem partikel tersebut adalah E k = 1 ( 1 ) m i vi 2 = m i ri 2 ω 2 (18) 2 2 i Besaran yang ada dalam tanda kurung didefinisikan sebagai momen inersia I dari sistem relatif terhadap sumbu rotasi I = i i m i r 2 i (19) Bila bendanya kontinum, maka perumusan momen inersianya menjadi 14/36

I = r 2 dm (20) dengan r adalah jarak tegak lurus elemen massa dm ke sumbu putar. 15/36

Teorema sumbu sejajar Tinjau sebuah benda seperti tampak pada gambar di bawah ini dengan titik pm adalah titik pusat massanya. Momen inersia benda terhadap sumbu di titik P dan momen inersia terhadap sumbu yang sejajar tetapi melalui titik pusat massanya terkait sebagai berikut I P = r dm 2 = r r dm (21) tetapi r = r pm + r dan sehingga r r = ( r pm + r ) ( r pm + r ) = r 2 pm + r 2 + 2 r pm r I P = (r 2 pm + r 2 + 2 r pm r )dm (22) 16/36

suku pertama tidak lain adalah Mr 2 pm (M adalah massa total benda), suku kedua adalah momen inersia terhadap pusat massa, sedangkan suku ketiga lenyap (karena tidak lain adalah posisi pusat massa ditinjau dari pusat massa). Sehingga 17/36 I P = I pm + Mr 2 pm (23)

18/36 Figure 1: Gambar untuk teorema sumbu sejajar

Teorema sumbu tegak lurus Tinjau benda pada gambar di bawah ini Kita ketahui bahwa I z = r dm 2 = (x 2 + y 2 )dm = I y + I x (24) Jadi momen inersia terhadap suatu sumbu sama dengan jumlah momen inersia terhadap dua sumbu yang saling tegak terhadapnya 19/36

20/36 Figure 2: Gambar untuk teorema sumbu tegak lurus

Usaha Definisi usaha untuk gerak rotasi sama dengan definisi usaha pada gerak linear. Sebuah partikel diberi gaya F. Partikel itu bergerak melingkar dengan lintasan yang berjejari r, menempuh lintasan sepanjang d s. Usaha yang dilakukan gaya F tadi adalah 21/36 dw = F d s (25) Tetapi kita dapat liskan d s = d θ r, sehingga dw = F d θ r = r F d θ = τ d θ (26) Tetapi usaha yang dilakukan sama dengan perubahan energi kinetik sehingga τ d θ = d( 1 2 Iω2 ) = Iωdω (27)

dengan dω = αdt dan dθ = ωdt maka τ ωdt = I ω αdt (28) Maka kita peroleh kaitan τ = I α (29) analog dengan hukum Newton kedua. 22/36

Gabungan Gerak Translasi dan Rotasi Tinjau sebuah benda dengan posisi pusat massa r pm yang bergerak dengan kecepatan v pm. Misalkan benda ini selain bertranslasi, juga berotasi. Kecepatan suatu bagian dari benda tadi dapat dituliskan sebagai v = v pm + v, dengan v adalah kecepatan relatif terhadap pusat massa. Sehingga energi kinetik benda tadi E k = 1 v 2 dm = 1 ( v pm + v ) ( v pm + v )dm (30) 2 2 atau dapat dituliskan 1 2 (v 2 pm + v 2 + 2 v pm v )dm (31) 23/36

suku terakhir lenyap (karena merupakan kecepatan pusat massa dilihat dari kerangka pusat massa). Sehingga E k = 1 2 Mv2 pm + E kpm (32) 24/36 dengan E kpm adalah energi kinetik benda karena gerak relatifnya terhadap pusat massa. Bila bendanya benda tegar, maka suku terakhir ini adalah energi kinetik rotasi terhadap pusat massa E k = 1 2 Mv2 pm + 1 2 I pmω 2 (33)

Kesetimbangan Benda Tegar Sebuah benda tegar berada dalam keadaan seimbang mekanis bila, relatif terhadap suatu kerangka acuan inersial 1. Percepatan linier pusat massanya nol. 2. Percepatan sudutnya mengelilingi sembarang sumbu tetap dalam kerangka acuan ini juga nol. 25/36

Perhatian! Persyaratan di atas tidak mengharuskan benda tersebut dalam keadaan diam, karena persyaratan pertama membolehkan benda bergerak dengan kecepatan pusat massanya konstan, sedangkan persyaratan kedua membolehkan benda berotasi dengan kecepatan sudut rotasi yang konstan juga. Bila benda benar-benar diam (relatif terhadap suatu kerangka acuan), yaitu ketika kecepatan linier pusat massanya dan kecepatan sudut rotasinya terhadap sembarang sumbu tetap, bernilai nol keduanya, maka benda tegar tersebut dikatakan berada dalam keseimbangan statik. Bila suatu benda tegar berada dalam keadaan seimbang statik, maka kedua persyaratan di atas untuk keseimbangan mekanik akan menjamin benda tetap dalam keadaan seimbang statik. 26/36

Syarat Kesetimbangan Persyaratan pertama ekuivalen dengan persyaratan bahwa total gaya eksternal yang bekerja pada benda tegar sama dengan nol 27/36 F eks = 0. (34) Sedangkan persyaratan kedua ekuivalen dengan persyaratan bahwa total torka eksternal yang bekerja pada benda tegar sama dengan nol τ eks = 0. (35)

Jenis-Jenis Keseimbangan Dalam kasus ini yang akan ditinjau hanyalah keseimbangan benda tegar di dalam pengaruh gaya eksternal yang konservatif. Karena gayanya adalah gaya konservatif, maka terdapat hubungan antara gaya yang bekerja dengan energi potensialnya, misalnya untuk satu arah-x F x = U x (36) 28/36

Energi potensial Keadaan seimbang terjadi ketika nilai F x = 0, kondisi ini tidak lain adalah syarat titik ekstrem untuk fungsi energi potensial U(x). Andaikan saja titik seimbang ini kita pilih sebagai posisi x = 0. Fungsi energi potensial dapat diekspansikan (sebagai deret pangkat dalam x) di sekitar titik ini U(x) = U 0 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 +... (37) Karena F x = U x x=0 = 0 (38) maka a 1 = 0. Gaya yang bekerja pada benda ketika digeser dari titik keseimbangannya, tergantung pada nilai a 2, F x = 2a 2 x 3a 3 x 2 +... (39) 29/36

Untuk nilai x disekitar x = 0, F x dapat didekati hanya dengan suku pertamanya, sehingga F x 2a 2 x (40) 30/36

Stabil Bila a 2 > 0 maka pergeseran kecil dari titik seimbang, memunculkan gaya yang mengarahkan kembali ke titik seimbang. Keseimbangan ini disebut keseimbangan stabil. 31/36

32/36

Labil Bila a 2 > 0 maka pergeseran sedikit dari titik seimbang, memunculkan gaya yang menjauhkan dari titik seimbangnya. Keseimbangan ini disebut keseimbangan labil. 33/36

34/36

Netral Bila a 2 = 0 maka pergeseran sedikit dari titik seimbang tidak memunculkan gaya. Keseimbangan ini disebut keseimbangan netral. 35/36

36/36