Kesetimbangan Benda Tegar

Kesetimbangan benda tegar adalah kondisi dimana momentum benda tegar sama dengan nol. Artinya jika awalnya benda tegar tersebut diam, maka ia akan tetap diam. Namun jika awalnya benda tegar tersebut bergerak dengan kecepatan konstan, maka ia akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan.

Sedangkan benda tegar sendiri adalah benda yang bentuknya (geometrinya) akan selalu tetap sekalipun dikenakan gaya. Jadi sekalipun dia bergerak translasi atau rotasi bentuknya tidak akan berubah, contohnya meja, kursi, bola, dll.

Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:
Hukum Hooke
Besaran Pokok dan Besaran Turunan

Perlu diperhatikan bahwa momentum terbagi menjadi dua, yakni momentum linear dan momentum angular. Pertama-tama kita meninjau momentum linear p = 0. Momentum linear dan impuls dihubungkan oleh persamaan

\Sigma F \cdot \Delta t = \Delta p dapat juga ditulis menjadi \Sigma F = \frac{\Delta p}{\Delta t} karena p konstan maka akibatnya \Delta p sama dengan 0. Sehingga \Sigma F = 0

Kemudian dengan cara yang sama kita meninjau momentum angular L. Momentum angular dan impuls angular dihubungkan oleh persamaan

\Sigma \tau \cdot \Delta t = \Delta L atau dapat juga ditulis menjadi \Sigma \tau = \frac{\Delta L}{\Delta \tau} . Karena L konstan maka akibatnya \Delta L sama dengan nol. Sehingga \Sigma \tau = 0.

Akhirnya dapat disimpulkan bahwa suatu benda/sistem dikatakan setimbang jika ia memenuhi dua syarat berikut:

  1. \Sigma F = 0
  2. \Sigma \tau = 0

Jenis-jenis Kesetimbangan Benda Tegar

Secara umum kesetimbangan benda tegar dapat dikelompokkan menjadi dua, yakni kesetimbangan dinamis (benda yang bergerak baik secara translasi/linear ataupun secara angular dan kesetimbangan statis (benda yang betul-betul diam).

Kesetimbangan statis itu sendiri dikelompokkan menjadi 2, yaitu :

  1. Kesetimbangan stabil, terjadi apabila suatu benda diberikan gaya maka posisinya akan berubah. Namun bila gaya tersebut dihilangkan maka posisinya akan kembali ke titik semula.
  2. Kesetimbangan labil (tidak stabil), terjadi apabila suatu benda diberikan gaya maka posisinya akan berubah. Namun bila gaya tersebut dihilangkan maka posisinya tidak akan kembali ke titik semula.

Contoh kesetimbangan stabil: kelereng di dasar mangkok ½ lingkaran. Ketika kelerang diberi gangguan (gaya) sehingga posisinya menjadi naik, namun ketika gaya tersebut dihilangkan maka posisi kelereng akan kembali ke dasar mangkok.

contoh kesetimbangan benda tegar

Sumber gambar: Dwi. S. Palupi, dkk. 2009

Sedangkan contoh kesetimbangan labil: kelereng yang diam di puncak mangkok ½ lingkaran yang terbalik. Ketika kelereng diberi gangguan sedikit, maka ia akan jatuh ke bawah, dan tidak akan kembali ke posisi semula.

kesetimbangan labil

Sumber gambar: Dwi. S. Palupi, dkk. 2009

Contoh kesetimbangan netral: kelereng yang ada di atas lantai. Ketika kelereng diberi gangguan, maka posisinya akan bergeser. Namun titik beratnya tidak akan berpindah secara vertikal.

setimbang netral

Sumber gambar: Bambang Haryadi 2009

Contoh Soal Kesetimbangan Benda Tegar

contoh soal kesetimbangan benda tegar

Soal Fisika SNMPTN 2009

Sebuah tangga homogen dengan panjang L diam bersandar pada tembok yang licin di atas lantai yang kasar dengan koefisien gesekan statis antara lantai dan tangga adalah µ. Jika tangga membentuk sudut Ө tepat saat akan tergelincir, besar sudut Ө adalah . . .

a. \theta = \frac{\mu}{L}
b. \tan \theta = 2 \mu
c. \tan \theta = \frac{1}{2 \mu}
d. \sin \theta = \frac{1}{\mu}
e. \cos \theta = \mu

(Soal Kesetimbangan Benda Tegar, Fisika SNMPTN 2009)

Pembahasan:

soal dan jawaban kesetimbangan

Kalimat “tepat saat akan tergelincir” bermakna bahwa tangga masih dalam kondisi setimbang. Sehingga:

\Sigma F_y = 0 N_L - mg = 0

N_L = mg …. (1)

\tau D = 0

akan lebih mudah jika mengambil acuan rotasi adalah titik D (titik kontak antara ujung tangga dan dinding).
contoh soal dan jawaban kesetimbangan benda tegar

Jawaban yang tepat ialah (c)

Kontributor: Alexander Sitompul
Alumni Fisika UI

 

Materi StudioBelajar.com lainnya:

  1. Tata Surya – Pengertian, Susunan, Pembentukan
  2. Listrik Statis
  3. Gerak Parabola