Gambar 1.Landas Pacu Pesawat Perbang

Gambar 2. Jembatan Kelok Sembilang Payakumbuh, Sumatera Barat

Keseimbangan Benda Tegar

Tahukah anda bahwa pemanfaatan benda tegar sudah ada sejak lama dalam kehidupan manusia, misalnya dalam kontruksi bangunan dan industri. Coba anda perhatikan material tiang penyangga jembatan layang dan landas pacu pesawat terbang seperti tampak pada gambar di bawah di samping.

Ternyata, penyangga jembatan mampu menahan beban benda di atasnya, termasuk kendaraan yang melintasinya. Demikian pula pada landas pacu pesawat mampu menahan hentakan turunnya pesawat yang mendarat. Dalam hal ini, penyangga jembatan dan landas pacu dapat dikatakan dapat menahan gaya-gaya yang bekerja padanya. Jadi, penyangga jembatan dan landas pacu juga termasuk benda tegar atau benda kaku.

Jika pada benda tegar bekerja beberapa gaya maka benda tersebut dapat mengalami beberapa kemungkinan, diantaranya benda hanya bergerak translasi, benda hanya bergerak rotasi, benda bergerak translasi dan rotasi, serta benda dalam keadaan diam.

Dalam kehidupan manusia, terutama dalam kontruksi bengunan perlu adanya kesetimbangan. Adanya kesetimbangan dalam kontruksi bangunan memungkinkan bangunan tersebut aman bagi penghuni di dalamnya.

Gambar dua benda tergantung pada katrol dan tali

KESEIMBANGAN BENDA TEGAR

Benda tegar adalah suatu benda yang bentuknya tidak berubah saat diberi gaya dari luar. Benda dianggap sebagai suatu titik materi yang ukurannya bisa diabaikan. Hal itu berlaku jika benda dimasukkan dalam sistem partikel. Itulah mengapa, semua gaya yang bekerja pada benda tersebut hanya dianggap bekerja pada titik materi yang menyebabkan terjadinya gerak translasi (∑F = 0).\

Keseimbangan benda tegar adalah kondisi di mana momentum suatu benda bernilai nol. Artinya, jika awalnya suatu benda diam, benda tersebut akan cenderung untuk diam.

1. Keseimbangan partikel

Partikel merupakan bagian kecil benda sehingga dapat dianggap sebagai suatu titik.

Coba perhatikan gambar di samping.

Misalkan kita memberi usikan atau gangguan pada sistem tersebut maka apakah sistem tersebut akan selalu bergerakatau ada saatnya diam(tidak bergerak)?

Jadi sistem tersebut akan bergerak jika diberi gangguan(gaya). Namun, hal itu tidak berlangsung lama karena sistem itu akan berhenti bergerak atau diam. Keadaan diam sistem tersebut dapat dikatakan bahwa sistem tersebut dalam keadaan seimbang sehingga pada titik P terjadi keseimbangan partikel atau keseimbangan titik.

Keseimbangan partikel di titik P dapat terjadi jika jumlah gaya-gaya yang bekerja pada titik P sama dengan nol. Atau dapat ditulis dengan persamaan:

Σ𝐹 = 0

Coba perhatikan kembali gambar di bawah ini, misalkan titik P berada pada bidang datar maka berlaku:

Σ= 0

Σ= 0

2. Keseimbangan statis dan dinamis

Keseimbangan statis adalah kemampuan seseorang mempertahankan posisi tubuh untuk tidak berubah atau bergerak. Maka dari itu, fungsi latihan keseimbangan statis ialah memperkuat tubuh saat dalam posisi diam.

Contoh keseimbangan statis

1. Duduk dengan mengangkat kedua kaki

2. Berdiri dengan satu kaki

3. Berdiri dengan salah satu kaki kemudian jongkok

4. Berdiri dengan membentuk sikap kapal terbang

Sedangkan, yang dimaksud dengan keseimbangan dinamis adalah kemampuan seseorang untuk mempertahankan keseimbangan posisi tubuh saat berada dalam posisi bergerak. Oleh sebab itu, fungsi latihan keseimbangan dinamis adalah untuk memperkuat sejumlah otot yang memungkinkan tubuh terjaga kesetimbangannya ketika bergerak.

3. Syarat-syarat keseimbangan benda tegar

Keseimbangan benda tegar dapat terjadi jika memenuhi dua hal berikut:

a. Percepatan gerak translasi pusat massa benda sama dengan nol. Benda disebut juga dalam keseimbangan translasi. Sesuai dengan hukum II Newton maka resultan gaya pada benda harus sama dengan nol.

Σ𝐹 = 0

Pada kondisi ini, kemungkinan benda adalah:

· Diam (keseimbangan statis) atau

· Bergerak dengan kecepatan linear tetap (keseimbangan dinamis)

b. Kecepatan sudut terhadap kecepatan rotasi yang tetap sama dengan nol. Benda disebut juga keseimbangan rotasi. Sesuai dengan hukum II Newton maka resultan torsi pada benda sama dengan nol.

Σ= 0

Pada kondisi ini kemungkinan benda adalah:

· Diam (keseimbangan statis) atau

· Berotasi dengan kecepatan sudut tetap (keseimbangan dinamis)

Tahukah anda bagaimana menganalisis kesetimbangan statis benda tegar?

Berikut adalah langkah-langkah yang dapat dipergunakan dalam menganalisis kesetimbangan statis benda tegar.

a. Menentukan gaya-gaya yang hanya bekerja pada benda dan yang mempengaruhi keseimbangan benda

b. Melukiska gaya-gaya yang telah ditentukan tersebut, juga komponen masing-masing gaya pada arah sumbu x dan sumbu y, kemudian mengaplikasikan pada syarat keseimbangan translasi.

c. Menentukan satu titik sembarang untuk menghitung torsi pada benda, kemudian mengaplikasikan pada syarat keseimbangan rotasi Σ= 0.

d. Memadukan persamaan-persamaan yang diperoleh dari mengaplikasikan syarat keseimbangan translasi maupun rotasi untuk menentukan besaran-besaran yang belum diketahui.

4. Macam-macam keseimbangan statis benda tegar

Benda tegar pada keseimbangn statis, jika tidak mendapatkan gangguan, tidak akan mengalami percepatan translasi maupun rotasi. Karena resultan semua gaya dari semua torsi yang bekerja padanya adalah nol. Ketika benda itu mendapat gangguan, sebagian benda yang bergerak akan kembali ke titik keseimbangannya, dan sebagian lainnya tidak kembali pada titik keseimbangannya.

gambar diagram gaya pada keseimbangan stabil

Keseimbangan stabil

Misalkan sebuah wadah kotak diletakkan di atas meja, mula-mula posisinya tegak dan diam di atas meja. Kemudian kotak diberikan gangguan berupa gaya yang kecil sehingga posisi wadah tersebut agak miring.

Setelah gangguan di hilangkan wadah tersebut akan kembali ke posisi semula. Mengapa demikian?

Jadi hal ini disebabkan karena gaya berat wadah w menimbulkan torsi terhadap titik tumpu A yang arahnya berlawanan dengan arah putaran jarum jam dan mengembalikannya pada posisi semula.keseimbangan seperti ini disebut sebagai keseimbangan stabil. Jadi keseimbangan stabil adalah keseimbangan yang dialami benda, jika pada benda diberikan gangguan yang mengakibatkan posisi benda berubah, dan setelah gangguan tersebut dihilangkan, benda akan kembali ke posisi semula.

gambar diagram gaya pada keseimbangan labil

Keseimbangan labil

Misalkan sebuah wadah persegi panjang yang diletakkan di atas meja. Jika diberikan gangguan mengakibatkan wadah sangat miring dan setelah gangguan dihilangkan, ternyata wadah tidak kembali ke posisi semula, bahkan meneruskan gangguan lalu wadah rebah di atas meja. Mengapa demikian?

Hal ini disebabkan karena gaya berap wadah w menimbulkan torsi terhadap titik tumpu A yang searah dengan putaran jarum jam. Seperti tampak pada gambar di samping.

torsi ini tidak mengembalikan wadah pada posisi semula, tetapi meneruskan gangguan yang diberikan, sehingga wadahtersebut rebah di atas meja.

Jadi, keseimbangan labil adalah keseimbangan yang di alami benda dimana jika pada benda diberikan gangguan yang mengakibatkan posisi benda berubah, dan setelah gangguan tersebut dihilangkan maka benda tidak kembali ke posisi semula.

Gambar diagram gaya pada kesetimbangan indiferen

Keseimbangan indiferen

Misalkan sebuah kaleng berbentuk silinder direbahkan di atas meja. Dengan memberikan gangguan kecil dalam berbagai arah, tampak bahwa posisi kaleng tidak mengalami perubahan. Gangguan kecil yang dialami kaleng tidak memengaruhi letak titik beratnya. Seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Jadi, keseimbangan indiferen atau netral adalah keseimbangan yang dialami benda dimana jika pada benda diberikan gangguan yang mengakibatkan posisi benda berubah, dan setelah gangguan tersebut dihilangkan, benda tidak kembali ke posisi semula, namun tidak mengubah kedudukan titik beratnya.