Efek tumpu dari gaya
Diperkenalkan| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| pivot/ˈpɪvət/ | titik tumpu |
| centre of gravity/ˈsentə ɒv ˈɡrævɪti/ | pusat gravitasi |
| moment/ˈməʊmənt/ | momen gaya |
| perpendicular distance/ˌpɜːpənˈdɪkjʊlə ˈdɪstəns/ | jarak tegak lurus |
| line of action/laɪn ɒv ˈækʃn/ | garis kerja |
| couple/ˈkʌpl/ | pasangan gaya |
| torque/tɔːk/ | torsi |
Mengapa gagang pintu jauh dari engsel
- Gagang pintu terletak sejauh mungkin dari engsel.
- Dorongan yang sama, diterapkan lebih jauh dari titik putar, memutar pintu lebih mudah.
- Efek putaran bergantung pada gaya dan jarak.
Pusat gravitasi
- Seluruh berat benda dapat dianggap bekerja pada satu titik: pusat gravitasinya.
- Untuk bentuk seragam dan teratur, posisinya berada di tengah.
Momen bergantung pada jarak tegak lurus $d$ dari titik putar ke garis kerja gaya
Seimbangkan ayunan-ayunan
Letakkan beban di masing-masing sisi dan geser masuk atau keluar. Beban kecil yang jauh dari tumpu dapat menyeimbangkan beban besar yang dekat — batang mendatar ketika gaya × jarak seimbang di kedua sisi.
Momen gaya
- Momen adalah $M = F \times d$, di mana $d$ adalah jarak tegak lurus dari titik putar ke garis kerja gaya.
- Satuan: $\text{N}\cdot\text{m}$. Momen bisa searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.
Sebuah gaya $20\ \text{N}$ bekerja pada jarak tegak lurus $0.50\ \text{m}$ dari titik tumpu. Berapakah momen gaya tersebut?
$M = F \times d = 20 \times 0.50 = 10\ \text{N}\cdot\text{m}$.
Mengapa gagang pintu diletakkan jauh dari engsel?
Momen $= F \times d$. Jarak $d$ yang lebih besar berarti efek putaran yang lebih besar untuk gaya yang sama, sehingga pintu lebih mudah terbuka.
Sudut penting
- Hanya bagian gaya tegak lurus terhadap lengan yang memutar lengan.
- Untuk gaya pada sudut $\theta$ terhadap lengan sepanjang $r$: $M = Fr\sin\theta$.
Beban pada penggaris yang diseimbangkan pada titik tumpu — digunakan untuk menguji prinsip momen
Hanya komponen gaya yang tegak lurus terhadap lengan yang berkontribusi terhadap efek putaran.
Ya — itu sebabnya rumus $M = Fr\sin\theta$: $\sin\theta$ mengambil bagian tegak lurus dari gaya tersebut.
Cocokkan setiap istilah dengan definisi yang ditandai oleh penguji.
Dua konsep ini bergantung pada frasa 'garis kerja', yang menyebabkan jarak diukur tegak lurus alih-alih sepanjang batang.
Pasangan gaya
- Pasangan gaya adalah dua gaya: sama besar, berlawanan arah, terpisah oleh jarak.
- Ia hanya menyebabkan tubuh berputar — resultan gayanya nol, sehingga tidak ada dorongan garis lurus.
Pilih semua ciri-ciri kopel.
Kopel adalah pasangan gaya yang sama besar dan berlawanan arah yang terpisah sejauh tertentu, menghasilkan resultan gaya nol namun memberikan efek putaran murni. Gaya yang mengarah ke arah yang sama bukan kopel.
Torsi pasangan gaya
- Torsinya adalah $\tau = F \times d$, di mana $d$ adalah jarak antara kedua garis kerja tersebut.
- Nilainya sama di sekitar titik apa pun — sifat khusus dari pasangan gaya.
Sebuah kopel memiliki gaya-gaya $5.0\ \text{N}$ dengan garis kerja $0.40\ \text{m}$ terpisah. Berapakah torsinya?
$\tau = F \times d = 5.0 \times 0.40 = 2.0\ \text{N}\cdot\text{m}$.
Dua gaya yang sama besar dalam arah yang sama bukan pasangan gaya — mereka memiliki resultan gaya dan mendorong tubuh maju.
Dua gaya yang sama besar mengarah ke arah yang sama membentuk kopel.
Tidak — kopel memerlukan gaya yang sama besar dan berlawanan arah. Gaya yang mengarah ke arah yang sama memiliki resultan dan mendorong benda bergerak maju.
Contoh terpecahkan: balok yang tidak ringan
- Sebuah balok seragam sepanjang $4.0\ \text{m}$ dengan berat $120\ \text{N}$ bersandar pada tumpuan $1.5\ \text{m}$ dari ujung kirinya. Beban $200\ \text{N}$ tergantung dari ujung kiri. Berapa gaya di ujung kanan yang menahannya agar seimbang?
- Baloknya seragam, jadi beratnya sendiri bekerja di tengah, $2.0\ \text{m}$ dari kiri, yang berarti $0.5\ \text{m}$ ke kanan dari tumpuan.
- Ambil momen terhadap tumpuan. Berlawanan jarum jam: $200 \times 1.5 = 300\ \text{N m}$.
- Searah jarum jam: berat balok $120 \times 0.5 = 60\ \text{N m}$, ditambah tak diketahui $F$ pada $2.5\ \text{m}$.
- $300 = 60 + 2.5F$, sehingga $F = 96\ \text{N}$.
- Mengabaikan berat balok sendiri adalah kesalahan standar yang kehilangan poin, dan hal itu hanya hilang ketika tumpuan berada tepat di tengah.
⟦⟧ Nilai yang sering terlewat
- Momen menggunakan jarak tegak lurus dari titik ke garis kerja gaya, bukan jarak sepanjang batang.
- Berat balok seragam bekerja di tengahnya dan memiliki momen terhadap tumpuan mana pun yang tidak berada di sana. Jangan abaikan.
- Torsi pasangan gaya menggunakan jarak antara kedua garis kerja, sehingga pasangan gaya simetris menghasilkan $2Fd$, bukan $Fd$ yang diukur dari tengah.
- Periksa apakah geometri memerlukan $\sin\theta$ atau $\cos\theta$ dengan menggambar segitiga. Jangan menebak.
- Kesetimbangan berarti resultan gaya dan resultan torsi keduanya nol. Dua kondisi, dan soal bisa menguji salah satunya.
Batang seragam panjang 4,0 m dengan berat 120 N ditumpu pada jarak 1,5 m dari ujung kirinya, dengan beban 200 N di ujung tersebut. Berapa gaya ke atas di ujung kanan yang memberikan kesetimbangan, dalam N?
Momen tentang tumpu: 200 x 1,5 = 120 x 0,5 + 2,5F, sehingga F = 96 N. Melupakan berat batang sendiri 120 N di pusatnya menghasilkan 120 N, jawaban klasik yang salah.
Urutkan metode untuk masalah prinsip momen.
Menghitung momen tentang titik tempat gaya tak diketahui bekerja akan menghapusnya dari persamaan, itulah sebabnya pemilihan titik layak dipikirkan sejenak.
Sebuah benda dalam keadaan setimbang. Manakah yang harus benar? Pilih semua yang berlaku.
Kesetimbangan mengizinkan kecepatan konstan selain diam. Kedua kondisi diperlukan, dan soal bisa menguji salah satu saja.
Anda telah memahaminya
- momen $M = F \times d$ — gunakan jarak tegak lurus ke garis kerja
- pasangan gaya adalah gaya yang sama besar, berlawanan, terpisah jarak: murni memutar, torsi $\tau = Fd$
- berat bekerja di pusat gravitasi