Pengertian Benda Tegar - Rumus, Syarat, Jenis-jenis, dan 15 Contoh Soal Kesetimbangan Benda Tegar

Renita

Updated: 19 Sept, 2020 • 0 • min read

Table of Contents

Pengertian Benda Tegar

Benda tegar adalah suatu benda yang bentuknya tidak berubah saat diberi gaya dari luar. Benda dianggap sebagai suatu titik materi yang ukurannya bisa diabaikan. Hal itu berlaku jika benda dimasukkan dalam sistem partikel. Itulah mengapa, semua gaya yang bekerja pada benda tersebut hanya dianggap bekerja pada titik materi yang menyebabkan terjadinya gerak translasi (∑F = 0) Keseimbangan benda tegar adalah kondisi di mana momentum suatu benda bernilai nol. Artinya, jika awalnya suatu benda diam, benda tersebut akan cenderung untuk diam.

Jika ditinjau dari sistem partikel, syarat keseimbangan yang berlaku pada benda hanya syarat keseimbangan translasi. Hal itu berbeda dengan syarat keseimbangan benda tegar.

Rumus Kesetimbangan Benda Tegar

Rumus dan persamaan matematis Kesetimbangan Benda Tegar atau Torsi bisa dituliakan sebagai berikut:

Rumus Torsi

τ =r F sinθ

Keterangan

τ = torsi
r = jarak radial dari sumbu ke titik tangkap gaya
θ = sudut lancip antara garis-garis r dan F

Syarat Kesetimbangan Benda Tegar

Suatu sistem dapat mengalami keadaan setimbang jika memenuhi syarat seperti berikut:

Jumlah vector dari semua gaya yang bekerja pada benda haruslah nol.

∑F_x= 0 dan ∑F_y = 0

Ambillah sumbu tegak lurus terhadap bidang dari gaya-gaya sebidang. Ambillah suatu acuan dimana jika torsi yang menyebabkan putaran searah bernilai positif dan torsi yang menyebabkan putaran berlawanan arah jarum jam adalah negative.

∑τ = 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 :

Kesetimbangan stabil, terjadi apabila suatu benda diberikan gaya maka posisinya akan berubah. Namun bila gaya tersebut dihilangkan maka posisinya akan kembali ke titik semula.
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.

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.

Contoh Soal Kesetimbangan Benda Tegar

1. Batang homogen 100N dipakai sebagai tuas. Lihat gambar dibawah. Dimanakah harus dipasang penyangga agar beban 500N pada ujung yang satu dapat diimbangi dengan beban 200N pada ujung yang lain? Carilah beban pada penyangga.

Pembahasan

Diketahui

W = 100N

F1 = 500N

F2 = 200N

Penyelesaian

∑τ = 0

x 200 sin (90⁰) + (x-L/2) 100 sin (90⁰) – (L-x) 500 sin (90⁰) = 0

200x + 100x – 50L – 500L + 500x = 0

x = 0.69L dari ujung kiri

Beban S yang menekan pada penyangga dapat dihitung dengan persamaan :

∑F_y = 0

S-200N – 100N – 500N = 0

S = 800N

2. Sebuah benda bermassa 3 kg diikat dengan tali pada langit-langit. Berapakah tegangan pada tali tersebut? (g = 9,8 m/s²)

a. 30,0 N

b. 29,4 N

c. 17,0 N

d. 14,7 N

e. 8,5 N

Jawab: A

PEMBAHASAN / penyelesaian:

3. Sistem pada gambar berada dalam keadaan setimbang. Berat balok A adalah 600 N dan koefisien gesek statis antara balok A dan meja adalah 0,2. Berat balok B adalah . . .