Kesetimbangan translasi adalah keadaan di mana suatu objek secara keseluruhan adalah ketika semua gaya yang bekerja diatasnya offset, memberikan sebagai akibat kekuatan bersih nol. Secara matematis itu setara dengan mengatakan bahwa F 1 + F 2 + F 3 +…. = 0, di mana F 1 , F 2 , F 3 … adalah gaya-gaya yang terlibat.
Fakta bahwa suatu benda berada dalam kesetimbangan translasi tidak berarti bahwa benda itu harus diam. Ini adalah kasus khusus dari definisi yang diberikan di atas. Objek mungkin bergerak, tetapi jika tidak ada percepatan, ini akan menjadi gerakan bujursangkar yang seragam.
Gambar 1. Keseimbangan translasi penting untuk sejumlah besar olahraga. Sumber: Pixabay.
Jadi jika tubuh sedang istirahat, terus seperti ini. Dan jika sudah memiliki gerakan, ia akan memiliki kecepatan konstan. Secara umum, gerak suatu benda merupakan komposisi translasi dan rotasi. Translasi dapat seperti yang ditunjukkan pada gambar 2: linier atau lengkung.
Tetapi jika salah satu titik benda itu tetap, maka satu-satunya kesempatan benda itu untuk bergerak adalah berputar. Contohnya adalah CD, yang pusatnya tetap. CD memiliki kemampuan untuk memutar di sekitar sumbu yang melewati titik itu, tetapi tidak untuk menerjemahkan.
Ketika objek memiliki titik tetap atau didukung pada permukaan, kita berbicara tentang tautan . Tautan berinteraksi dengan membatasi gerakan yang mampu dilakukan objek.
Penentuan kesetimbangan translasi
Untuk partikel dalam kesetimbangan, valid untuk memastikan bahwa:
F R = 0
Atau dalam notasi penjumlahan:
Jelas bahwa agar benda berada dalam kesetimbangan translasi, gaya yang bekerja padanya harus dikompensasikan dengan cara tertentu, sehingga resultannya adalah nol.
Dengan cara ini benda tidak akan mengalami percepatan dan semua partikelnya diam atau mengalami translasi bujursangkar dengan kecepatan konstan.
Sekarang jika benda bisa berputar, mereka biasanya akan berputar. Itulah sebabnya sebagian besar gerakan terdiri dari kombinasi translasi dan rotasi.
Memutar objek
Ketika keseimbangan rotasi penting, mungkin perlu untuk memastikan bahwa objek tidak berputar. Maka perlu dipelajari apakah ada torsi atau momen yang bekerja padanya.
Torsi adalah besaran vektor di mana rotasi bergantung. Ini membutuhkan gaya untuk diterapkan, tetapi titik penerapan gaya juga penting. Untuk memperjelas gagasan tersebut, perhatikan sebuah benda yang diperpanjang di mana gaya F bekerja dan lihat apakah ia mampu menghasilkan rotasi terhadap beberapa sumbu O.
Telah diketahui bahwa dengan mendorong benda di titik P dengan gaya F , dimungkinkan untuk membuatnya berputar di sekitar titik O, dengan putaran berlawanan arah jarum jam. Tetapi arah di mana gaya diterapkan juga penting. Misalnya, gaya yang diberikan pada gambar di tengah tidak akan membuat benda berputar, meskipun pasti dapat menggerakkannya.
Gambar 2. Berbagai cara menerapkan gaya pada benda besar, hanya pada gambar paling kiri diperoleh efek rotasi. Sumber: buatan sendiri.
Menerapkan gaya langsung ke titik O tidak akan mengubah objek juga. Jadi jelas bahwa untuk mencapai efek rotasi, gaya harus diterapkan pada jarak tertentu dari sumbu rotasi dan garis kerjanya tidak boleh melewati sumbu itu.
Definisi torsi
Torsi atau momen gaya, dilambangkan sebagai σ, besaran vektor yang bertanggung jawab untuk menyatukan semua fakta ini, didefinisikan sebagai:
σ = rx F
Vektor r diarahkan dari sumbu rotasi ke titik penerapan gaya dan partisipasi sudut antara r dan F adalah penting. Oleh karena itu, besarnya torsi dinyatakan sebagai:
σ = rFsen q
Torsi paling efektif terjadi ketika r dan F tegak lurus.
Sekarang, jika diinginkan bahwa tidak ada rotasi atau ini terjadi dengan percepatan sudut konstan, perlu bahwa jumlah torsi yang bekerja pada objek menjadi nol, analog dengan apa yang dianggap untuk gaya:
Kondisi keseimbangan
Keseimbangan berarti kestabilan, keserasian dan keseimbangan. Agar pergerakan suatu objek memiliki ciri-ciri ini, kondisi yang dijelaskan di bagian sebelumnya harus diterapkan:
1) F 1 + F 2 + F 3 +…. = 0
2) τ 1 + τ 2 + τ 3 +…. = 0
Kondisi pertama menjamin keseimbangan translasi dan yang kedua, keseimbangan rotasi. Keduanya harus dipenuhi jika objek ingin tetap dalam keseimbangan statis (tidak ada gerakan apa pun).
Kegunaan
Kondisi keseimbangan berlaku untuk banyak struktur, karena ketika bangunan atau objek yang beragam dibangun, hal itu dilakukan dengan maksud agar bagian-bagiannya tetap pada posisi relatif yang sama satu sama lain. Dengan kata lain, bahwa objek tidak dibongkar.
Hal ini penting misalnya ketika membangun jembatan yang tetap kokoh di bawah kaki, atau ketika merancang struktur layak huni yang tidak berubah posisi atau cenderung terbalik.
Meskipun diyakini bahwa gerak lurus beraturan merupakan penyederhanaan ekstrem dari gerak, yang jarang terjadi di alam, harus diingat bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan, dan kecepatan suara di udara juga, jika dianggap homogen dalam medium.
Dalam banyak struktur bergerak buatan manusia, kecepatan konstan harus dijaga: misalnya, di eskalator dan jalur perakitan.
Contoh keseimbangan translasi
Ini adalah latihan klasik dari ketegangan yang menjaga keseimbangan lampu. Lampu tersebut diketahui memiliki berat 15 kg. Temukan besarnya tekanan yang diperlukan untuk menahannya di posisi ini.
Gambar 3. Kesetimbangan lampu dijamin dengan menerapkan kondisi kesetimbangan translasi. Sumber: buatan sendiri.
Penyelesaian
Untuk mengatasinya, kita fokus pada simpul tempat ketiga senar bertemu. Diagram benda bebas masing-masing untuk simpul dan lampu ditunjukkan pada gambar di atas.
berat dari lampu adalah W = 5 Kg. 9,8 m / s 2 = 49 N. Agar lampu berada dalam kesetimbangan, cukup untuk memenuhi syarat kesetimbangan pertama:
T 3 – W = 0
T 3 = W = 49 N.
Tegangan T 1 dan T 2 harus diuraikan:
T 1y + T 2y – T 3 = 0 (Jumlah gaya sepanjang sumbu y)
–T 1x + T 2x = 0 (Jumlah gaya sepanjang sumbu x)
Menerapkan trigonometri:
T 1 .cos 60º + T 2 .cos 30º = 49
– T 1 .sen60º + T 2 .sen30º = 0
Ini adalah sistem dua persamaan dengan dua tidak diketahui, yang jawabannya adalah: T 1 = 24,5 N dan T 2 = 42,4 N.
Referensi
- Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson. 76 – 90.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7 ma . Ed.Cengage Belajar. 120-124.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Dasar-dasar Fisika. 9 na Ed. Cengage Learning. 99-112.
- Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Kegunaan. Edisi ke-7. Bukit MacGraw. 71 – 87.
- Walker, J. 2010. Fisika. Addison Wesley. 332 -346.