Hukum Newton Gerak Rotasi

Hukum Newton Gerak Rotasi

1. Keseimbangan Benda Tegar

Di kelas X kalian telah belajar tentang hukum Newton. Masih ingat hukum I Newton? Tentu saja masih. Jika benda dipengaruhi gaya yang jumlahnya nol ΣF = 0 maka benda akan lembam atau seimbang translasi.

Hukum I Newton di atas itulah yang dapat dikembangkan untuk gerak rotasi. Jika suatu benda dipengaruhi momen gaya yang jumlahnya nol (Στ = 0) maka benda tersebut akan seimbang rotasi.

Kedua syarat di atas itulah yang dapat digu-nakan untuk menjelaskan mengapa sebuah benda tegar itu seimbang. Sebuah benda tegar akan seim-bang jika memenuhi keadaan syarat di atas. Berarti berlaku syarat di bawah.

2. Gerak Rotasi

Kalian sudah belajar tentang keadaan benda yang memiliki resultan momen gaya nol, yaitu bendanya akan setimbang rotasi. Bagaimana jika resultan tidak nol? 
Jawabannya harus kalian hubungkan hukum II Newton.

Pada hukum II Newton di kelas X, telah kalian pelajari untuk gerak translasi. Jika benda dipengaruhi gaya yang tidak nol maka benda itu akan mengalami percepatan. ΣF = m a.

Apabila hukum II Newton ini kalian terapkan pada gerak rotasi maka saat benda bekerja momen gaya yang tidak bekerja momen gaya yang tidak nol maka bendanya akan bergerak rotasi dipercepat. 

Perhatikan Gambar momen gaya yang dapat menyebabkan gerak rotasi dipercepat berikut ini.

Dari penjelasan di atas dapat dibuat simpulan hukum II Newton pada gerak translasi dan rotasi sebagai berikut.

1) Sistem benda

Sistem benda adalah gabungan beberapa benda yang mengalami gerak secara bersama-sama. 

Pada sistem benda bab ini dapat merupakan gabungan gerak translasi dan rotasi. Contohnya adalah sistem katrol dengan massa tidak diabaikan.

2) Menggelinding

Kalian tentu sudah mengenal kata menggelinding, bahkan mungkin pernah jatuh dan menggelinding. Benda menggelinding adalah benda yang mengalami dua gerak langsung yaitu translasi dan rotasi. 

Contohnya seperti gerak roda sepeda, motor atau mobil yang berjalan. Selain berotasi roda juga bergerak translasi (lurus). 

Pada gerak yang menggelinding akan berlaku kedua syarat secara bersamaan dari persamaan

Momen Gaya dan Momen Inersia

1. Momen Gaya 

Apakah kalian sudah mengetahui tentang momen gaya? Coba kalian amati roda yang berputar, pintu yang berotasi membuka atau menutup atau permainan roda putar di pasar malam. Mengapa semua itu bisa berputar atau berotasi? 

Besaran yang dapat menyebabkan benda berotasi itulah yang dinamakan momen gaya atau torsi.

Momen gaya merupakan besaran yang dipengaruhi oleh gaya dan lengan. Untuk lebih jelasnya silahkan lihat gambar berikut ini.

Untuk memutar baut diperlukan lengan d dan gaya F. Besar momen gaya  didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya yang bekerja dengan lengan yang saling tegak lurus. 

Bagaimana jika membutuhkan sudut tertentu? Besarnya dapat memenuhi persamaan berikut.

Momen inersia merupakan besaran vektor. Besarnya memenuhi persamaan tersebut dan arahnya sesuai kaedah tangan kanan seperti pada gambar berikut ini

(a) Kaedah tangan kanan (b) arah torsi dan arah rotasi.

2. Momen Inersia

Pada gerak rotasi ini, kalian dikenalkan besaran baru lagi yang dinamakan  momen inersia. 

Inersia berarti lembam atau mempertahankan diri. Momen inersia berarti besaran yang nilainya tetap pada suatu gerak rotasi. Besaran ini analog dengan massa pada gerak translasi atau lurus.

Besarnya momen inersia sebuah partikel yang berotasi dengan jari-jari R seperti pada gambar berikut ini 

Gambar tersebut didefinisikan sebagai hasil kali massa dengan kuadrat jari-jarinya.

 

Untuk sistem partikel atau benda tegar memenuhi hubungan berikut.

 

k adalah nilai konstanta inersia yang besarnya tergantung pada suhu dan bentuk bendanya.

Beberapa benda berotasi dengan sumbu dan nilai konstanta inersia k yaitu seperti pada gambar berikut.