Laporan Praktikum Fisika Keseimbangan Benda Tegar

KESEIMBANGAN BENDA TEGAR

I. Tujuan

Membuktikan syarat keseimbangan translasi dan rotasi pada batang homogen.

II. Dasar Teori

Keseimbangan adalah suatu kondisi benda dengan resultan gaya dan resultan momen gaya sama dengan nol. Keseimbangan bisa terjadi pada

1.      Benda yang diam (statik), contoh: semua bangunan gedung, jembatan, dan pelabuhan.

2.      Benda yang bergerak lurus beraturan (dinamik), contoh gerak meteor di ruang hampa, gerak kereta api di luar kota, elektron mengelilingi inti atom.

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.

Keseimbangan benda tegar/titik berat adalah kondisi dimana suatu benda berada dalam keseimbangan rotasi (artinya benda tersebut tidak mengalami rotasi/pergerakan) dan keseimbangan translasi.

Keseimbangan benda tegar di bedakan menjadi dua:

1.      Keseimbangan partikel. Partikel adalah benda yang ukurannya dapat di abaikan dan hanya mengalami gerak translasi.

2.      Keseimbangan benda.

Syarat keseimbangan benda tegar adalah  ∑F= 0 dan ∑T= 0,  ∑F= 0 adalah syarat kesetimbangan translasi dan ∑T= 0 adalah syarat kesetimbangan rotasi.

Keseimbangan benda tegar berasal dari persamaan hukum I Newton. Jika benda dipengaruhi gaya yang jumlahnya nol ∑ F = 0 maka benda akan lembam atau seimbang translasi. Syarat itulah yang dapat digunakan untuk menjelaskan mengapa sebuah benda tegar itu seimbang. Dari syarat itulah maka berlaku persamaan :
∑ F = 0 dan ∑ τ = 0

Momen Gaya atau torsi (τ) merupakan besaran yang dipengaruhi oleh gaya dan panjang lengan. Besar momen gaya didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya yang bekerja dengan lengan yang saling tegak lurus. Dari definisi tadi dapat dirumuskan :
τ = F . d ; atau          ket : τ = Momen Gaya (Nm)
τ = F . d sin θ                    F = Gaya yang bekerja (N)
                                          d = Panjang lengan (m)
                                          θ = Sudut kontak

Jenis Kesetimbangan

Ada tiga jenis kesetimbangan, yaitu :

1. Kesetimbangan stabil (kesetimbangan mantap)

            Benda yang memiliki kesetimbangan mantap, jika diganggu dengan cara memberikan gaya padanya, maka titik berat benda akan naik. Jika gaya itu dihilangkan, maka benda akan kembali pada kesetimbangan semula.

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

2. Kesetimbangan labil (kesetimbangan goyah)

            Benda yang memiliki kesetimbangan labil, jika diganggu dengan cara memberikan gaya padanya, maka titik berat benda akan turun. Jika gaya itu dihilangkan, maka benda tidak dapat kembali pada kesetimbangan semula.

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

3. Kesetimbangan netral (kesetimbangan indeferen)

            Benda yang memiliki kesetimbangan mantap, jika diganggu dengan cara memberikan gaya padanya, maka titik berat benda tidak naik maupun tidak turun. Jika gaya itu dihilangkan, maka benda akan setimbang pada sembarang keadaan.

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

III. Alat dan Bahan

1. Statif 2 buah

2. Papan

3. Klem 4 buah

4. Katrol 2 buah

5. Batang logam

6. Beban secukupnya

7. Benang

8. Kertas millimeter block ukuran A3

9. Selotipe

10. Gunting

11. Penggaris

12. Pensil

IV. Langkah Percobaan

Langkah-langkah mengukur kesetimbangan benda tegar:

1. Siapkan alat dan bahan.

2. Pasanglah papan pada kedua statif, statif kanan dan kiri menggunakan klem.

3. Masukkan benang pada berturut-turut katrol, batang besi dan katrol setelah itu guntinglah benang tersebut.

4. Ikatkan beban yang memiliki berat yang sama pada kedua ujung benang.

5. Pasangkan kedua katrol dengan menggantungkannya pada kedua klem di depan papan.

6. Ikatkan beban pada benang yang baru, setelah itu pasangkan beban yang telah diikat pada batangan besi.

7. Aturlah agar alat peraga yang tergantung beban mengalami kesetimbangan (saat beban diusik, posisinya akan kembali seperti semula).

8. Setelah alat peraga mencapai kesetimbangan, selipkan kertas mm block diantara belakang alat peraga dan papan.

9. Gambarlah posisi batang dan benang saat keadaan setimbang pada kertas mm block.

10. Gambarlah vektor besar dan arah gaya yang bekerja pada alat peraga di kertas mm block setelah itu uraikan vektor-vektor tersebut kearah sumbu x dan sumbu y.

11. Tuliskan data pengamatan dalam tabel.

V. Data Pengamatan

	Massa (m)	Gaya yang bekerja (W)
Beban A (bagian kiri)	49.8 gr	0.488 N
Beban B (bagian kanan)	49.8 gr	0.488 N
Beban C	49.7 gr	0.4871 N
Batang logam	11.5 gr	0.1127 N

VI. Analisis Data

Gaya	Sumbu x	Sumbu y
WA= 0.488 N	WAx= -0.488 N x cos 390        = -0.3792 N	WAy= 0.488 N x sin 390        = 0.3071 N
WB= 0.488 N	WBx= 0.488 N x cos 340        = 0.4046 N	WBy= 0.488 N x sin 340        = 0.2729 N
WE= 0.4871 N	WEx= 0 N	WEy= -0.4871 N
Wbatang= 0.1127 N	Wbatang x= 0 N	Wbatang y= -0.1127 N
	Σ Wx= 0.0254 N	Σ Wy= -0.0198 N

ΣW= ΣF = 0.0322 N

Anggap A sebagai poros maka

Gaya (F)	Panjang lengan (d)	τ = F . d
τEY= 0.4682 N	2.7119 x 0,01m	0.0127 Nm
τbatang y= 0.1072 N	7.9215 x 0.01m	0.0081 Nm
τBY= 0.1345 N	1.57 x 0,01m	-0.0211 Nm
τAY= 0.4046 N	0 m	0 Nm
		Σ τ= 0.0001 Nm

VII. Kesimpulan

Kesetimbangan benda tegar adalah suatu kondisi dimana benda mengalami keseimbangan translasi dan rotasi, artinya resultan gaya dan resultan momen gaya sama dengan nol (ΣF= 0 dan Σ τ = 0). Pada percobaan keseimbangan benda tegar pada batang homogen, resultan gaya berat yang bekerja pada sumbu x W_x= 0.0254 N dan resultan gaya berat yang bekerja pada sumbu y W_y= -0.0198 N sehingga resultan gaya yang bekerja adalah ΣW= ΣF= 0.0322 N. sedangkan resultan momen gaya yang bekerja pada benda tegar adalah Σ τ= 0.0001 Nm. Sehingga syarat keseimbangan translasi dan rotasi pada percobaan keseimbangan benda tegar yaitu batang homogen terbukti karena syarat keseimbangan traslasi adalah ΣF= 0, pada percobaan hasil ΣF adalah 0.0322 N yang mendekati 0. Sedangkan syarat keseimbangan rotasi adalah Σ τ= 0, pada percobaan hasil Σ τ adalah 0.0001 Nm yang mendekati 0.