PENERAPAN KESEIMBANGAN BENDA TEGAR DAN DINAMIKA ROTASI

MAKALAH PENERAPAN KESEIMBANGAN  BENDA TEGAR DAN DINAMIKA ROTASI

 

Dsusun Oleh :

Nama             : Purwaka Atmaja

No Absen      : 17

Kelas              : XI IPA 2

                                 

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat karunianya penulis dapat menyelesaikan makalah ini. Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk menambah pengetahuan kepada pembaca dan melengkapi materi yang tidak dibahas secara mendetail di buku.

Makalah ini berisi informasi tentang “Penerapan Keseimbangan Benda Tegar dan Dinamika Rotasi”. Yang kami harapkan pembaca dapat mengetahui berbagai aspek yang berhubungan dengan keseimbangan benda tegar dan dinamika rotasi selain itu pembaca dapat menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari.

Terwujudnya makalah ini tidak terlepas dari peranan berbagai pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan makalah ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih. 

Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna,oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini. Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa meridhoi segala usaha penulis. Amin

                                                                       

Candimulyo, 02 Maret 2015

                                                                                                Penulis

                                                           

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1   Latar Belakang

1.2    Tujuan Penulisan

BAB 2 PEMBAHASAN

2.1 Penerapan Keseimbangan Benda Tegar

2.2 Penerapan Dinamika Rotasi 

BAB 3 PENUTUP

3.1 Kesimpulan

3.2 Saran  

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

            Sejarah arsitektur telah melahirkan para pemikir dan perancang bangunan yang karyanya sangat mengagumkan. Gabungan karya seni dan kekuatan yang kokoh menjadikan hasil karya itu bertahan lama mengukir sejarah. Kekuatan yang menopang keindahan itu terletak pada keseimbangan yang di rencanakan dengan baik. Pada pembahasan kali ini akan mempelajari materi tentang penerapan  keseimbangan benda tegar dan dinamika rotasi dalam kehidupan sehari-hari.

            Dalam benda tegar, ukuran benda tidak diabaikan. Sehingga gaya-gaya yang bekerja pada benda hanya mungkin menyebabkan gerak translasi dan rotasi terhadap suatu poros. Pada benda tegar di kenal titik berat. Sedangkan dinamika rotasi adalah gerak melingkar yang memperhatikan penyebabnya.

1.2 Tujuan Penulisan

            Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini ialah untuk mengetahui aplikasi dalam kehidupan sehari-hari dari konsep keseimbangan benda tegar dan aplikasi kehidupan sehari-hari dari konsep dinamika rotasi.

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1 PENERAPAN KESEIMBANGAN BENDA TEGAR

v  PENGERTIAN

Benda tegar adalah istilah yang sering digunakan dalam dunia fisika untuk menyatakan suatu benda yang tidak akan berubah bentuknya setelah diberikan suatu gaya pada benda itu. Pada sebuah benda tegar, setiap titik harus selalu berada pada jarak yang sama dengan titik-titik lainnya.

Sedangkan yang dimaksud keseimbangan benda tegar/titik berat adalah kondisi dimana suatu benda berada dalam keseimbangan rotasi (artinya benda tersebut tidak mengalami rotasi/pergerakan).

v  MACAM - MACAM KESETIMBANGAN

                              1.    Kesetimbangan labil  atau goyah

Kesetimbangan adalah keseimbangan pada suatu benda di mana setelah gangguan yang diberikan atau dialami benda dihentikan, maka benda tidak kembali ke posisi keseimbangan semula, tetapi bahkan memperbesar gangguan tersebut.

Contoh : Keseimbangan pada suatu benda dipandang sebagai keseimbangan yang dimiliki benda jika gangguan yang dialaminya menurunkan titik beratnya (energi potensialnya). 

        2.   Kesetimbangan stabil atau mantap

Kesetimbangan stabil atau mantap adalah keseimbangan suatu benda di mana setelah gangguan yang diberikan pada benda dihentikan, benda akan kembali ke posisi keseimbangan semula.

Contoh : Keseimbangan stabil dapat dipandang sebagai keseimbangan yang dimiliki benda jika gangguan yang dialaminya menaikkan titik beratnya (energi potensialnya).

3.   Kesetimbangan indeferen atau netral

Kesetimbangan indeferen atau netral adalah keseimbangan pada suatu benda di mana setelah gangguan yang diberikan tidak mengubah posisi benda.

      Contoh :  Keseimbangan indiferen dapat dipandang sebagai keseimbangan yang dimiliki  benda    dimana jika gangguan yang dialaminya tidak menyebabkan perubahan titik beratnya (energi potensialnya).

v  PENERAPAN KESEIMBANGAN BENDA TEGAR

1. Pemikul Buah

   

Kesetimbangan adalah keadaan sistem atau benda tidak ada gaya atau tidak ada torsi yang bekerja atau resultannya bernilai nol. Benda tegar didefinisikan sebagai benda yang tidak mengalami perubahan  bila diberi gaya luar dan torsi (t).Syarat kesetimbangan untuk benda yang dianggap sebagai partikel adalah resultan gaya atau torsi  yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol (St = 0) dan benda dalam keadaan diam. Pada benda setimbang berlaku ∑Fx dan ∑y = 0, serta ∑τ = 0.

Sebagai contoh penerapan konsep kesetimbangan benda tegar, kami menggunakan aplikasi kesetimbangan benda tegar pada seorang penjual Buah.

2. Pada Ayunan Yang Diam

Kesetimbangan merupakan keadaan sistem atau benda, tidak ada gaya atau torsi bekerja atau resultannya nol. Benda tegar didefinisikan sebagai benda yang tidak mengalami perubahan  bila diberi gaya luar dan torsi ( = 0) dan benda dalam keadaan diam. Syarat kesetimbangan untuk benda yang dianggap sebagai partikel adalah resultan gaya atau torsi  yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol.

Aplikasi kesetimbangan benda tegar dapat diterapkan pada ayunan yang diam (tidak sedang berayun) dari gambar tersebut dapat digambar sketsa ayunan beserta torsi dan gaya yang bekerja di ayunan.

3. Pada Penjual Cobek

    

Yang dimaksud dengan kesetimbangan adalah keadaan system atau benda yang pengaruh dan gaya torsi nol. Sedangkan benda tegar sendiri berarti ukuran dan bentuk benda tidak berubah karena pengaruh gaya dan torsi. Pada benda setimbang berlaku ∑Fx dan ∑y = 0, serta ∑τ = 0.

4. Pada layar LCD gantung

     

Syarat suatu benda berada dalam keadaan setimbang adalah jika jumlah momen gaya atau torsi sama dengan nol. Momen gaya atau torsi dilambangkan dengan simbol τ (baca: Tau) dengan satuan Nm (baca: Newton meter). Torsi adalah tenaga putar, yaitu kemampuan gaya F untuk memutar benda pada poros sejauh R.

Kesetimbangan artinya keadaan benda tidak ada gaya atau torsi yang bekerja atau resultannya nol. Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami perubahan karena pengaruh gaya dan torsi.

5. Pada Lampu Lalu Lintas

     

Seperti permasalahan yang akan kami bahas tentang lampu lalu lintas  ini, ia termasuk dalam benda tegar karena pengaruh gaya dan torsi sama dengan nol. Hal itu dapat di buktikan dari gambar berikut ini. Yakni gaya berat dari W1 dan W0 disamakan oleh gaya dari fs dan gaya T ( tegang tali ). Gaya W1 dan W0¬ yang arahnya ke bawah searah jarum jam ( CW ) disamakan oleh gaya fs dan gaya T yang arahnya keatas berlawanan jarum jam ( CCW ).

6. Pada Jembatan

Kesetimbangan statis banyak diaplikasikan dalam bidang teknik, khususnya yang berhubungan dengan desain struktur jembatan. Anda mungkin sering melewati jembatan untuk menyeberangi sungai atau jalan. Menurut Anda, bagaimanakah kesetimbangan statis suatu jembatan jika dijelaskan secara Fisika?

Suatu jembatan sederhana dapat dibuat dari batang pohon atau lempengan batu yang disangga di kedua ujungnya. Sebuah jembatan, walaupun hanya berupa jembatan sederhana, harus cukup kuat menahan berat jembatan itu sendiri, kendaraan, dan orang yang menggunakannya. Jembatan juga harus tahan terhadap pengaruh kondisi lingkungan. Seiring dengan perkembangan jaman dan kemajuan teknologi, dibuatlah jembatan-jembatan yang desain dan konstruksinya lebih panjang dan indah, serta terbuat dari material yang lebih kuat dan ringan, seperti baja. Secara umum, terdapat tiga jenis konstruksi jembatan. Marilah pelajari pembahasan kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada setiap jenis jembatan berikut.

7. Jembatan kantilever

Jembatan kantilever adalah jembatan panjang yang mirip dengan jembatan sederhana yang terbuat dari batang pohon atau lempengan batu, tetapi penyangganya berada di tengah. Pada bagian-bagiannya terdapat kerangka keras dan kaku (terbuat dari besi atau baja). Bagianbagian kerangka pada jembatan kantilever ini meneruskan beban yang ditanggungnya ke ujung penyangga jembatan melalui kombinasi antara tegangan dan regangan. Tegangan timbul akibat adanya pasangan gaya yang arahnya menuju satu sama lain, sedangkan regangan ditimbulkan oleh pasangan gaya yang arahnya saling berlawanan.

Kombinasi antara pasangan gaya yang berupa regangan dan tegangan, menyebabkan setiap bagian jembatan yang berbentuk segitiga membagi berat beban jembatan secara sama rata sehingga meningkatkan perbandingan antara kekuatan terhadap berat jembatan. Pada umumnya, jembatan kantilever digunakan sebagai penghubung jalan yang jaraknya tidak terlalu jauh, karena jembatan jenis ini hanya cocok untuk rentang jarak 200 m sampai dengan 400 m.

8. Jembatan lengkung

Jembatan lengkung adalah jembatan yang konstruksinya berbentuk busur setengah lingkaran dan memiliki struktur ringan dan terbuka. Rentang maksimum yang dapat dicapai oleh jembatan ini adalah sekitar 900 m. Pada jembatan lengkung ini, berat jembatan serta beban yang ditanggung oleh jembatan (dari kendaraan dan orang yang melaluinya) merupakan gaya-gaya yang saling berpasangan membentuk tekanan. Oleh karena itu, selain menggunakan baja, jembatan jenis ini dapat menggunakan batuan-batuan sebagai material pembangunnya. Desain busur jembatan menghasilkan sebuah gaya yang mengarah ke dalam dan ke luar pada dasar lengkungan busur.

9. Jembatan gantung

Jembatan gantung adalah jenis konstruksi jembatan yang menggunakan kabel-kabel baja sebagai penggantungnya, dan terentang di antara menara-menara. Setiap ujung kabel-kabel penggantung tersebut ditanamkan pada jangkar yang tertanam di pinggiran pantai. Jembatan gantung menyangga bebannya dengan cara menyalurkan beban tersebut (dalam bentuk tekanan oleh gaya-gaya) melalui kabel-kabel baja menuju menara penyangga. Kemudian, gaya tekan tersebut diteruskan oleh menara penyangga ke tanah. Jembatan gantung ini memiliki perbandingan antara kekuatan terhadap berat jembatan yang paling besar, jika dibandingkan dengan jenis jembatan lainnya. Oleh karena itu, jembatan gantung dapat dibuat lebih panjang, seperti Jembatan Akashi-Kaikyo di Jepang yang memiliki panjang rentang antarmenara 1780 m.

Dalam benda tegar, ukuran benda tidak diabaikan. Sehingga gaya-gaya yang bekerja pada benda hanya mungkin menyebabkan gerak translasi dan rotasi terhadap suatu poros. Pada benda tegar di kenal titik berat.

10 Desain dan pembuatan mobil balap

Selain pada jembatan aplikasi keseimbangan dalam teknologi dapat juga diterapkan dalam disain dan pembuatan mobil balap. Suatu benda akan lebih stabil bila titik beratnya lebih rendah dari titik alas atau tumpuannya lebih lebar. Hal ini yang mengakibatkan badan mobil balap dibuat rendah serta lebar. Dengan bentuk seperti ini diharapkan sebuah mobil balap lebih sulit terguling sewaktu menempuh lintasan tikungan dengan kecepatan tinggi. Selain pada mobil balap bentuk seperti ini diterapkan pula pada mobil-mobil dengan akselerasi tinggi seperti sedan karena walau bobotnya kecil dengan kecepatan tinggi akan memiliki energi kinetik yang besar. Coba bandingkan dengan bentuk mobil lain seperti truk, bus, atau kendaraan besar lain yang dirancang dengan tingkat kecepatan yang akselerasinya rendah.

2.2 PENERAPAN DINAMIKA ROTASI

Dinamika rotasi adalah gerak rotasi suatu partikel atau benda tanpa memperhatikan penyebab terjadinya gerak rotasi tersebut.berikut penerapannya  :

1 Dalam penari balet

Seseorang penari akan menarik tangannya ke dekat badannya untuk berputar lebih cepat dan mengembangkan kedua tangannya untuk berputar lebih cepat. Ketika penari menarik kedua tangannya ke dekat badannya,momen inersia sistem berkurang sehingga kecepatan sudut penari semakin besar. Sebaiknya, ketika kedua tangan mengembang , momen inersia sistem meningkat sehingga kecepatan sudut penari semakin kecil.

2 Pelompat indah

Pada saat pelompat indah hendak melakukan putaran di udara,ia akan menekuk tubuhnya. Hal ini akan mengurangi momen inersianya sehingga kecepatan sudutnya menjadi lebih besar, dan ia dapat berputar satu setengah putaran. Pada tahap akhir lompatannya,pelompat memanjangkan lagi tubuhnya sehinga ia dapat terjun ke air dengen kecepatan sudut yang lebih rendah.

3 Katrol

Hukum II Newton untuk gerak rotasi dapat diterapkan pada berbagai rotasi benda tegar. Salah satu penerapannya adalah adalah pada katrol. Katrol dapat berputar dengan kecepatan sudut.Putaran katrol itu dipengaruhi oleh sebuah gaya yang menyinggung permukaan katrol dan besarnya tetap terhadap sumbu putar.    

4. Peluncuran Roket
Sebuah roket diluncurkan vertikal ke atas menuju atmosfer Bumi. Hal ini dapat dilakukan karena adanya gaya dorong dari mesin roket yang bekerja berdasarkan impuls yang diberikan oleh roket. Pada saat roket sedang bergerak, akan berlaku hukum kekekalan momentum. Pada saat roket belum dinyalakan, momentum roket adalah nol. Apabila bahan bakar di dalamnya telah dinyalakan, pancaran gas mendapatkan momentum yang arahnya ke bawah. Oleh karena momentum bersifat kekal, roket pun akan mendapatkan momentum yang arahnya berlawanan dengan arah buang bersifat gas roket tersebut dan besarnya sama. Secara matematis gaya dorong pada roket dinyatakan dalam hubungan berikut.
Impuls = perubahan momentum
FΔt = Δ(mv)
F = v(Δm/ Δt)
dengan: F = gaya dorong roket (N),
(Δm/ Δt)= perubahan massa roket terhadap waktu (kg/s), dan
v = kecepatan roket (m/s).
5. Air Safety Bag (kantong udara)
Air Safety Bag (kantong udara) digunakan untuk memperkecil gaya akibat tumbukan yang terjadi pada saat tabrakan. Kantong udara tersebut dipasangkan pada mobil serta dirancang untuk keluar dan mengembang secara otomatis saat tabrakan terjadi. Kantong udara ini mampu meminimalkan efek gaya terhadap benda yang bertumbukan. Prinsip kerjanya adalah memperpanjang waktu yang dibutuhkan untuk menghentikan momentum pengemudi. Saat tabrakan terjadi, pengemudi cenderung untuk tetap bergerak sesuai dengan kecepatan gerak mobil (Hukum Pertama Newton). Gerakan ini akan membuatnya menabrak kaca depan mobil yang mengeluarkan gaya sangat besar untuk menghentikan momentum pengemudi dalam waktu sangat singkat. Apabila pengemudi menumbuk kantong udara, waktu yang digunakan untuk menghentikan momentum pengemudi akan lebih lama sehingga gaya yang ditimbulkan pada pengemudi akan mengecil. Dengan demikian, keselamatan si pengemudi akan lebih terjamin.

6. Desain Mobil

Desain mobil dirancang untuk mengurangi besarnya gaya yang timbul akibat tabrakan. Caranya dengan membuat bagian-bagian pada badan mobil agar dapat menggumpal sehingga mobil yang bertabrakan tidak saling terpental satu dengan lainnya. Mengapa demikian? Apabila mobil yang bertabrakan saling terpental, pada mobil tersebut terjadi perubahan momentum dan impuls yang sangat besar sehingga membahayakan keselamatan jiwa penumpangnya.

BAB III

PENUTUP

      3.1  Kesimpulan

            Dari makalah diatas didapat sebuah kesimpulan yaitu, aplikasi keseimbangan benda tegar tegar dalam kehidupan sehari-hari misalnya pada tongkat pemukul kasti, kemudian kita lempar sambil sedikit berputar. Kalau kita perhatikan secara seksama, gerakan tongkat pemukul tadi dapat kita gambarkan seperti membentuk suatu lintasan dari gerak translasi yang sedang dijalani dimana pada kasus ini lintasannya berbentuk parabola. Tongkat ini memang berputar pada porosnya, yaitu tepat di titik beratnya.

            Sedangkan contoh beberapa penerapan dinamika rotasi dalam kehidupan sehari hari adalah pada penari balet,pelompat indah, katrol dan lain-lain

            Jadi ilmu fisika, tidak hanya sebagai ilmu ekstak yang tidak ada penerapannya dalam kehidupan sehari-hari akan tetapi dapat bermanfaat dalam kehidupan sehari hari . Hal ini dapat dibuktikan dari makalah ini bahwa meskipun ilmu fisika  sangat erat kaitannya dengan rumus-rumus, tetapi di balik itu semua terdapat aplikasi dalam kehidupan sehari-hari disekitar kita yang tidak kita duga.

3.2 Saran

            Sebaiknya pada pembahasan atau pembuatan makalah selanjutnya diharapkan lebih banyak lagi memiliki referensi agar isi makalah lebih luas dan informasi yang ditulis jauh lebih variatif.