Keseimbangan Benda Tegar Fisika SMA

Apa yang menyebabkan sebuah jembatan tidak ambruk? Menara penyangga jembatan cukup kuat menahan berat jembatan maupun beban lalu lintasnya, sehingga gaya totalnya sama dengan nol. Dengan demikian jembatan dalam keadaan seimbang. Keseimbangan sangat penting dalam banyak cabang ilmu pengetahuan dan teknik, misalnya dalam perancangan bangunan, jembatan, dan struktur lainnya agar tidak ambruk. 

Keseimbangan Partikel

Partikel merupakan benda yang ukurannya dapat diabaikan sehingga dapat digambarkan sebagai suatu titik materi. Pada partikel terjadi gerak translasi saja, tidak terjadi gerak rotasi. Oleh karena itu syarat agar terjadi partikel seimbang adalah resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol.

 F=0

Jika partikel terletak pada bidang xy dan gaya-gaya yang bekerja diuraikan pada sumbu x dan y, maka syarat keseimbangan dapat ditulis sebagai berikut:

Fx=0 dan Fy=0

dengan:

Fx= resultan gaya pada sumbu x

Fy= resultan gaya pada sumbu y

Sesuai dengan hukum Newton, partikel seimbang (F=0) tidak selalu benda diam, tetapi percepatan benda yang harusnya nol. 

Keseimbangan Benda Tegar

Semua benda akan berubah bentuk jika diberi gaya luar, tetapi pada benda padat umumnya perubahan ini sangatlah kecil sehingga  tidak berpengaruh pada kondisi keseimbangan statiknya. Benda tegar didefinisikan sebagai suatu benda yang tidak berubah bentuknya ketika diberi gaya luar.

• Momen Gaya

Momen gaya merupakan efek putar dari sebuah gaya terhadap suatu sumbu putar. Besar momen gaya adalah hasil kali gaya terhadap jarak(panjang garis tegak lurus dari sumbu putar terhadap garis kerja gaya). Secara matematis dapat ditulis:

 momen gaya = F . d

dengan:

  = momen gaya (Nm)

F = gaya (N)

d = jarak sumbu putar terhadap garis gaya (m)

Tanda momen gaya dapat ditentukan sesuai dengan perjanjian berikut:

Momen gaya searah putaran jarum jam diberi tanda positif, sedangkan momen gaya berlawanan arah dengan putaran jarum jam diberi tanda negatif.

• Syarat Keseimbangan

Berbeda dengan partikel yang hanya mungkin mengalami gerak translasi, benda tegar mengalami gerak translasi dan gerak rotasi. Oleh karena itu ada dua syarat agar suatu benda tegar seimbang yaitu resultan gaya dan resultan momen gaya terhadap suatu titik sembarang sama dengan nol. Secara matematis dapat ditulis:

F=0   dan    momen gaya =0

Jika benda terletak pada bidang xy dan gaya-gaya yang bekerja diuraikan pada sumbu x dan y, maka syarat keseimbangan benda tegar dapat ditulis sebagai berikut:

Fx=0, Fy=0 dan momen gaya =0

Untuk menyelesaikan soal-soal keseimbangan statik benda tegar, berikut langkah-langkah yang perlu dilakukan:

1. Buatlah gambar sketsa soal lengkap dengan data yang diketahui.

2. Tentukan benda yang ditinjau dan gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut.

3. Pilihlah sumbu x dan y sebagai sumbu koordinat, kemudian uraikan gaya-gaya atas komponen sumbu x dan y.

4. Gunakan syarat pertama keseimbangan benda tegar yaitu Fx=0 dan Fy=0.

5. Pilih satu titik sembarang poros (pusat momen) sedemikian sehingga memudahkan untuk menghitung gaya yang ditanyakan dalam soal.

6. Gunakan syarat kedua yaitu momen gaya =0.

sumber dari Foster B. Terpadu Fisika SMU Kelas 3. Erlangga. 2003.