Dinamika Rotasi Benda
Tegar
Gerak rotasi benda
dapat diamati dalam berbagai peristiwa di lingkungan kalian. Bola yang
menggelinding, gerak engsel pada pintu, gerakan katrol, sekrup, dan roda
merupakan contoh gerak rotasi benda. Sebagian besar gerak rotasi yang dialami
benda tidak terjadi dengan sendirinya, tetapi ada sesuatu yang menyebabkan
benda tersebut berotasi. Pada bab ini kalian akan mempelajari bagaimana sebuah
benda dapat berotasi dan apa yang menyebabkannya.
1.1 Benda Tegar
Perhatikan Gambar
di atas! Ada dua buah batangan, benda A terbuat dari besi dan benda B terbuat
dari adonan tepung yang agak lembek. Apabila kedua benda itu diputar dengan
memegang salah satu ujungnya, kira-kira apakah yang akan terjadi? Benda A
bentuknya relatif tetap, sedangkan benda B akan mengalami perubahan bentuk.
Pada putaran dengan frekuensi tertentu benda B akan meregang dan tidak kembali
pada bentuk semula. Jadi, dapat dinyatakan bahwa benda A adalah benda tegar dan
benda B bukan benda tegar. Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami
perubahan bentuk akibat pengaruh gaya atau momen gaya.
Torsi
Apakah Torsi Itu?
Untuk melihat
suatu benda diam menjadi bergerak translasi (lurus), anda perlu mengerjakan
gaya pada benda itu. Analog dengan itu, untuk membuat suatu benda tegar
berotasi (berputar) terhadap suatu poros tertentu, anda perlu mengerjakan torsi
(dari bahasa latin torquere; memutar) pada suatu benda.Momen gaya atau torsi
merupakan besaran yang mengakibatkan benda berotasi atau berputar.
Besaran-besaran apakah yang berkaitan dengan torsi?
Berdasarkan Gambar
di atas, orang memberikan gaya kepada kunci sehingga kunci dapat memutar baut.
Baut berfungsi sebagai sumbu rotasi,
sedangkan perpanjangan garis gaya disebut garis
kerja gaya. Jika gaya yang diberikan tangan (garis kerja gaya) tegak lurus
terhadap lengan kunci, maka lengan kunci ini berfungsi sebagai lengan gaya. Namun, jika gaya yang diberikan tidak tegak
lurus lengan kunci, maka lengan gaya
merupakan jarak yang tegak lurus dari sumbu rotasi dengan garis kerja gaya.
Sekarang coba
perhatikan Gambar d atas! Untuk memutar baut, kedudukan tangan seperti gambar
(c) lebih mudah dilakukan daripada kedudukan tangan pada gambar (b) dan (a).
Sementara kedudukan tangan seperti gambar (b) lebih mudah dilakukan daripada
seperti gambar (a). Gaya yang diperlukan untuk memutar baut pada kedudukan (c)
lebih kecil dari gaya yang diperlukan pada gambar (b) atau (a). Berdasarkan
fakta ini, besar gaya putar atau momen gaya tidak hanya ditentukan oleh besar gaya,
tetapi juga panjang lengan gaya. Hubungan ketiga faktor ini, diberikan dengan
persamaan berikut.
Berdasarkan sifat
perkalian silang dua vektor, besar momen gaya dapat dicari dengan rumus:
Seperti halnya
gaya F, torsi t juga termasuk vektor, yang memiliki besar dan arah. Bedanya,
arah torsi hanya dua, searah atau berlawanan arah jarum jam. Kedua arah torsi
ini cukup dibedakan dengan memberikan tanda positif atau negatif. Supaya
konsisten dengan aturan matematika maupun aturan arah pada momentum sudut dan
gaya Lorentz, penentuan arah positif untuk torsi mengikuti aturan putaran
tangan kanan (Gambar berikut).
