MAKALAH MEKANIKA

Tentang:

Aplikasi Benda Tegar Dalam Kehidupan Sehari-hari

Oleh

Rahma Asriani

14107028

Dosen Pembimbing

Sri Maiyena,S.Pd.,M.Sc.

JURUSAN TARBIYAH PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

SEKOLAH TINGGI AGAMA ISLAM NEGERI (STAIN)

BATUSANGKAR

2015

KATA PENGANTAR

AssalamualaikumWr.Wb

Segala puji beserta syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT. Yang yang telah memberi hidayah berfikir sehingga dapat melaksanakan tugas untuk pembuatan makalah dalam upaya memenuhi tugas mata kuliah Mekanika yang berjudul Aplikasi Benda Tegar Dalam Kehidupan Sehari-hari

Dalam penulisan makalah ini penulis bermaksud untuk memberikan informasi kepada pembaca bahwa dalam konsep Benda Tegar memiliki aplikasi yang begitu besar dalam kehidupan sehari-hari, karena dalam kehidupan ini tidak terlepas dari ilmu sains.

Penyusunan makalah ini tentunya tidak luput dari kesalahan-kesalahan yang tidak sengaja. Meskipun memiliki banyak kekurangan penulis beharap makalah ini dapat bermanfaat dan penulis meminta maaf sebelumnya kepada dosen, apabila masih belum mencapai sempurna. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya membangun.

WassalamualaikumWr.Wb

Batusangkar, 02 Januari 2016

Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

1.2 Rumusan Masalah

1.3 Tujuan Penulisan

BAB II KAJIAN TEORI

2.1 Benda Tegar

2.2 Kesetimbangan Benda Tegar

BAB III PEMBAHASAN

3.1 Aplikasi Benda Tegar Dalam Kehidupan Sehari-hari

3.2 Aplikasi Keseimbangan Dalam Teknologi

BAB IV PENUTUP

4.1 Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sejarah arsitekstur telah melahirkan para pemikir dan perancang bangunan yang karyanya sangat mengagumkan. Gabungan karya seni dan kekuatan yang kokoh menjadikan hasil karya itu bertahan lama mengukir sejarah. Kekuatan yang menopong keindahan itu terletak pada kesetimbangan yang di rencanakan dengan baik.

Dalam benda tegar,ukuran benda tidak di abaikan. Sehingga benda-benda yang bekerja pada benda hanya mungkin menyebabkan gerak translasi dan rotasi terhadap suau poros. Benda tegar dapat didefinisikan sebagai benda yang bentuk dan ukurannya tidak berubah. Benda tegar dalam kondisi statis akan memberikan syarat bahwa jumlah gaya sama dengan nol,dan jumlah torsi sama dengan nol. Yang mana syarat ini dinamakan syarat keseimbangan translasi dan rotasi.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa itu benda tegar?

2. Bagaimana penerapan benda tegar dalam kehidupan sehari-hari?

1.3 Tujuan Penulisan

1. Mengetahui konsep dasar benda tegar

2. Mengetahui aplikasi benda tegar dalam kehidupan sehari-hari

BAB II

KAJIAN TEORI

2.1 Benda Tegar

Benda tegar didefinisikan sebagai kumpulan dari beberapa partikel titik dimana jarak antara partikel yang lain adalah tetap setiap saat. Pada kenyataannya, pertikel titik seperti atom dan molekul selalu bergetar, namun getaran ini terjadi dalam skala mikroskopik sehingga dapat diabaikan. Gerak dari sebuah benda tegar dapat digambarkan dengan menggunakan dua sistem koordinat: sistem koordinat inersia dan sistem koordinat benda, yaitu sistem koordinat yang tetap terhadap bendannya.[1]

1. Persamaan gerak benda tegar dalam kondisi statis

Benda tegar mempunyai 6 derajat kebebasan. Kedudukan setiap benda tegar ditentukan oleh kedudukan 3 titiknya yang tak segaris,sehingga terdapat 9 titik pada benda tegar. Namun tidak semua koordinat itu bebas, karena di antaranya berlaku 3 hubungan jarak.

= d₁₂

= d ₂₃

=d₃₁

Dengan 6 derajat kebebasan, maka persamaan utama sistem banyak pertikel yaitu:

= M

_c=

_extdan

_ext

Suatu gaya luar pada benda tegar dapat dipindah-pindahkan sepanjang garis kerjanya. Dua sistem gaya luar dengan

_extdan

_ext yang identik dinamakan sistem gaya luar yang ekivalen. Sehingga suatu sistem gaya luar pada benda tegar adalah ekivalen dengan suatu gaya luar pada titik pusat massa (tpm) dan satu kopel. Kopel yang dimaksud adalah sistem 2 gaya yang sama besar, berlawanan arah pada jarak tertentu.

Apabila berada dalam kondisi statis, maka berlaku :

_ext = 0 dan

_ext = 0

Hal ini dinamakan syarat kesetimbangan translasi dan syarat kesetimbangan rotasi.

2. Rotasi sekitar poros tetap

Setiap bagian benda tegar menjalani gerak melingkar sekitar poros itu, hal ini karena perubahan sudut putarnya sama untuk semua bagian benda maka :

“ kecepatan sudut putar dan percepatan sudutnya identik untuk setiap bagian benda tegar itu “ oleh karena itu, gerak benda tersebut dapat dikemukakan dalam bentuk :

(t)

Dari segi dinamaiknya, dibedakan dua macam gaya luar pada benda yaitu :

a. Gaya pembatas geraknya, yang memaksa sistem tetap dalam bentuk gerak tersebut.

b. Gaya-gaya luar lainnya, yang kadang-kadang disebut sebagai yang diterapkan.

Energi kinetik sistem berdasarkan setiap massa bagian dmnya yang melakukan gerak melingkar dengan kecepatan sudut yang sama yaitu :

T =

² dm =

I =

²dm

I disebut momen inersia benda disekitar poros putarnya. I adalah kuantitas yang bergantun pada distribusi massa sistem sekitar poros.

3. Perhitungan momen inersia

Penerapan momen inersia, pertama-tama dapat dilakukan melalui pengukuran, sama seperti massa. Beberapa contoh perhitungannya

a. Batang tipis dengan sumu diujung batang

I_z=

dx =

³ =

b. Batang tipis dengan sumbu di pusat batang

I_z =

dx =

³=

c. Silinder pejal

Dalil yang dapat membantu perhitungan momen inersia adalah:

a. Momen inersia suatu benda adalah jumlah dari momen inersia bagian-bagiannya

b. Jika I= momen inersia terhadap poros yang tidak di ketahui melalui titik pusat massa maka

I = I₀+ M

Dimana I₀adalah momen inersia terhadap poros yang melalui titik pusat massanya dan sejajar dengan poros pertama tadi, dan a adalah jarak antara kedua poros itu.

Suatu cacatan umum tentang konsep momen inersia ini yaitu berdasarkan dimensinya ML² dapat didefinisikan jari-jari girasinya, yakni k melalui

I = mk²

Jadi k adalah jarak dari suatu titik massa M terhadap poros yang mempunyai momen inersia sebesar yang di punyai sistem yang dibicarakan.[2]

2.2 Kesetimbangan Benda Tegar

Kesetimbangan adalah suatu kondisi benda dengan resultan gaya dan resultan momen gaya sama dengan nol. Kesetimbangan biasa terjadi pada benda yang diam (statik). Contohnya semua bangunan gedung, jembatan, pelabuhan, dan lain-lain. Benda yang bergerak lurus beraturan (dinamik) contohnya gerak meteor diruang hampa, gerak kereta api di luar kota, elektron mengelilingi inti atom, dan lain-lain. Benda tegar adalah benda yang tidak berubah bentuknya karena pengaruh gaya dari luar. Kesetimbangan benda tegar dibedakan menjadi dua yaitu:

a. Kesetimbangan Partikel

Pertikel adalah benda yang ukurannya dapat diabaikan dan hanya mengalami gerak translasi (tidak mengalami gerak rotasi). Syarat kesetimbangan pertikel

= 0, F_x= 0 (sumbu X), F_y = 0 (sumbu Y)

b. Kesetimbangan Benda

Syarat kesetimbangan benda F_x = 0, F_y= 0, tS = 0. Momen gaya merupakan besaran vektor yang nilainya sama dengan hasil kali antara gaya dengan jarak dari titik poros arah tegak lurus garis kerja gaya. Dirumuskan t = F.d

Putaran momen gaya yang searah dengan putaran jarum jam disebut momen gaya positif, sedangkan yang berlawanan putaran jarum jam disebut momen gaya negatif. Momen kopel adalah momen gaya yang diakibatkan pasangan dua gaya yang sama besarnya dan arahnya berlawanan tetapi tidak segaris kerja. Benda yang dikenai momen kopel akan bergerak rotasi terus menerus.[3]

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Aplikasi Benda Tegar Dalam Kehidupan Sehari-hari

Telah dikatakan sebelumnya bahwa suatu benda tegar dapat mengalami gerak translasi (gerak lurus) dan gerak rotasi. Benda tegar akan melakukan gerak translasi apabila gaya yang diberikan pada benda dapat mengenai suatu titik yang disebut titik berat. Titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam kesetimbangan rotasi. Pada saat benda tegar mengalami gerak translasi dan rotasi sekaligus, maka pada saat itu titik berat akan bertindak sebagai sumbu rotasi dan lintasan dari titik berat ini menggambarkan lintasan gerak translasinya.

1) Tongkat pemukul kasti

Saat kita lempar sambil sedikit berputar, gerakan tongkat pemukul tadi dapat kita gambarkan seperti membentuk suatu lintasan dari gerak translasi yang sedang dijalani, dimana pada kasus ini lintasannya berbentuk prabola. Tongkat ini memang berputar pada porosnya, yaitu tepat pada titik beratnya. Dan secara keseluruhan benda bergerak dalam lintasan prabola. Lintasan ini merupakan lintasan dari posisi titik berat benda tersebut.

Demikian halnya dengan seorang peloncat indah yang sedang terjun ke kolom renang. Dia melakukan gerak berputar saat terjun. Sebagaimana tongkat pemukul kasti tadi, peloncat indah itu juga menjalani gerak prabola yang bisa dilihat dari lintasan titik beratnya.

$Description: C:\Users\ASUS X453M\Pictures\Screenshot_2016-01-03-12-02-27.png$

Jadi lintasan gerak translasi dari benda tegar dapat ditinjau sebagai lintasan dari letak titik berat benda tersebut. Dari peristiwa ini tampak bahwa peranan titik berat begitu penting dalam menggambarkann gerak benda tegar.[4]

3.2 Aplikasi Keseimbangan Dalam Teknologi

1. Pembuatan Jembatan Gantung

$Description: C:\Users\ASUS X453M\Pictures\Screenshot_2016-01-03-12-18-58.png$

Sebelum membuat jembatan gantung para insinyur melakukan perhitungan dengan sangat teliti. Mereka meneliti berapa gaya yang harus di miliki menara penyangga jembatan gantung agar cukup kuat mengimbangi berat jembatan maupun beban lalu lintas di atasnya sehingga gaya total sama dengan nol. Dalam keadaan demikian, jembatan gantung tetap dalam keseimbangan.

Dalam kenyataan di alam, untuk kekuatan jembatan tidak sesederhana itu dengan hanya memperhitungkan gaya berat beban jembatan serta beban kendaraan saja karena jembatan yang ada di sungai dipengaruhi juga oleh kekuataan alam seperti angin dan kuat arus air di bawahnya. Sehingga jangan sampai jembatan yang sudah dibangun malah roboh karena tiupan angin dari samping seperti yang terjadi pada Tacoma bridge atau jembatan Kukur di Kalimantan yang roboh bukan karena faktor fisika atau gaya luar melainkan karena adanya prinsip keseimbangan yang diabaikan.

$Description: C:\Users\ASUS X453M\Pictures\Screenshot_2016-01-03-13-07-48.png$

2. Disain dan Pembuatan Mobil Balap

$Description: C:\Users\ASUS X453M\Pictures\Screenshot_2016-01-03-12-16-20.png$

Suatu benda akan lebih stabil bila titik beratnya lebih rendah dari titik alas atau tumpuannya lebih lebar. Hal ini yang mengakibatkan badan mobil balap dibuat rendah serta lebar. Dengan bentuk seperti ini diharapkan sebuah mobil balap lebih sulit terguling sewaktu menempuh lintasan tikungan dengan kecepatan tinggi. Selain pada mobil balap bentuk ini diterapkan pula pada mobil-mobil dengan akselerasi tinggi seperti sedan karena walaupun bobotnya kecil dengan kecepatan tinggi akan memiliki energi kinetik yang besar. Coba bandingkan dengan mobil bentuk lain yang dirancang dengan tingkat kecepatan akselerasi yang rendah seperti truk, bus, dan kendaraan besar lainnya.[5]

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari pembahasan makalah dapat disimpulkan bahwa benda tegar adalah benda yang bentuk dan ukurannya tidak berubah yang dapat mengalami gerak translasi (gerak lurus) dan gerak rotasi. Konsep benda tegar banyak kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Seperti pada pemukul tongkat kasti dan seorang peloncat indah yang sedang terjun ke kolan renang. Tidak hanya itu saja dalam teknologi konsep benda tegar ini sangat penting, seperti pada pembangunan jembatan gantung dan pembuatan mobil balap.

Jadi ilmu fisika khususnya mekanika, tidak hanya sebagai ilmu eksek yang tidak ada penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Sebenarnya setiap ilmu yang kita pelajari ini memiliki hubungan yang erat dengan kehidupan sehari-hari, karena dasar munculnya ilmu yang kita pelajari itu dari alam semesta ini. Maka dari itu, setiap ilmu yang dipelajari memiliki penerapan masing-masing dalam kehidupan sehari-hari. Hanya saja kita sendiri yang kurang menyadari hal yang demikian.

DAFTAR PUSTAKA

Astono juli.mekanika.UNY:Yogyakarta

Fisikasmasmk.2012.Aplikasi-Keseimbangan-Dalam-Teknologi.http://blogspot.co.id[Januari 2012] 02 Januari 2016 pukul 21.00 WIB

Indah novita.2014. makalah-mekanika-penerapan.http://blogspot.co.id[Juni 2014]02 Januari 2016 pukul 21.00 WIB

Maiyena Sri.2013.Mekanika.Press STAIN Batusangkar:Batusangkar

[1] Juli Astono.Mekanika.(Yogyakarta:Universitas Negeri Yogyakartaa (UNY). Hal.154

[2] Sri Maiyena.2013.Mekanika.Batusangkar:STAIN Batusangkar Press.hal.68-70

[3] http://indahnovitasari.blogspot.co.id/2014/06/makalah-mekanika-penerapan-rigid.html.

[4] Ibid.

[5] http://fisikasmasmk.blogspot.co.id/2012/01/aplikasi-keseimbangan-dalam-teknologi.html

Learning Physic

Minggu, 28 Februari 2016

Aplikasi Benda Tegar Dalam Kehidupan Sehari-hari