Momen Gaya

Posted on

Salah satu materi fisika yang memiliki banyak penerapan adalah momen gaya (torsi). Pada pembahasan kali ini, kamu akan belajar mengenai pengertian, rumus yang digunakan, contoh penerapan dalam kehidupan sehari-hari, dan contoh soal beserta pembahasannya.

Materi ini akan meningkatkan pemahamanmu tentang materi gaya menjadi lebih baik.

Pengertian Momen Gaya

Pengertian Momen Gaya

Pembahasan pertama yang akan dibahas adalah pengertiannya. Salah satu fenomena dari materi ini adalah berputarnya benda.

Dalam gerak rotasi, gaya akan menyebabkan benda berputar sehingga pengertian dari momen gaya adalah ukuran atau besaran gaya yang terjadi pada suatu benda sehingga benda tersebut berputar atau berotasi dan sering disebut sebagai torsi.

Torsi yang bekerja pada suatu benda bergantung terhadap jarak antara sumbu putaran dengan letak gaya. Selain itu, torsi juga termasuk kategori vektor karena memiliki nilai dan arah.

Arah torsi yang dikeluarkan pada suatu benda diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Arah Torsi
Arah Torsi

Torsi yang dikenai terhadap suatu benda akan memiliki nilai yang sama dengan torsi tiap titik secara merata.

Misalkan kamu memiliki sebuah papan dengan penambahan gaya sebesar 3 newton sepanjang 2 meter dari titik tengah papan, maka akan nilai yang sama dengan gaya sebesar 1 newton yang bekerja sepanjang 6 meter dari titik tengah.

Rumus Momen Gaya

Setelah kamu mengetahui tentang pengertian dari Torsi, pada pembahasan ini kamu akan memahami rumus yang digunakan untuk menyelesaikan masalah torsi.

Dikarenakan torsi berhubungan dengan panjang lengan dan juga gaya yang diberikan kepada sistem, sehingga rumus torsi seperti di bawah ini.

τ = r x F

Keterangan:

  • τ (tau) adalah torsi yang bekerja (Nm)
  • r adalah jarak sumbu dengan titik gaya yang diberikan (m)
  • F adalah gaya yang diberikan kepada sistem (N)

Dikarenakan torsi merupakan besaran vektor sehingga memiliki arah, berikut ilustrasi gambar arah torsi yang bekerja pada suatu sistem.

arah torsi suatu sistem

Aturan arah torsi yang bekerja mengikuti aturan tangan kanan dengan arah putaran yang searah jarum jam, maka torsi akan mengarah ke bawah dan bernilai positif.

Jika arah putaran berbeda dengan arah putaran jam, maka torsi yang bekerja akan mengarah ke atas dan memiliki nilai negatif.

Torsi yang memiliki tanda negatif menunjukkan bahwa arah torsi menjauhi pembaca.

Akibat adanya arah pada torsi, maka gaya yang diberikan pada sistem akan membentuk sudut tertentu dengan lengan gayanya sehingga rumusnya seperti di bawah ini.

τ = r x F sin θ

τ total = Σ(r x F)

Penerapan Momen Gaya dalam Kehidupan

Penerapan Momen Gaya dalam Kehidupan

Terdapat beberapa penerapan torsi dalam kehidupan sehari-hari seperti di bawah ini.

  • Membuka pintu melalu gagang
  • Bermain yoyo
  • Menimba air sumur menggunakan katrol
  • Bermain jungkat jungkit
  • Memasang baut dan melepaskan ban mobil

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal 1

Diberikan sebuah gambar seperti di bawah ini dengan dua buah benda yang dikatrol dengan memiliki massa masing-masing yaitu m1 = 6 kg dan m2 = 3 kg.

Jika katrol terbuat dari silinder pejal dengan massa 3 kg dan memiliki jari-jari sebesar 20 cm. Tentukan percepatan yang terjadi pada sistem tersebut jika sistem dalam keadaan tertahan dan dilepaskan.

Contoh Soal

Untuk mengerjakan soal di atas, kamu harus membuat membatasi sistem yang ada sekaligus memberikan asumsi pada sistem di atas. Di asumsikan bahwa tidak adanya gesekan dengan lantai pada m1. Sehingga proses pengerjaannya seperti di bawah ini.

a. Sistem Pada m1

Pada sistem m1, gaya yang terjadi adalah gaya tegangan tali yang memiliki arah ke kanan atau menuju arah m2. Sehingga rumus untuk sistem pertama menggunakan rumus di bawah ini.

ΣF = m x a
T1 = (6 kg) x a
T1 = 6a

b. Sistem Pada m2

Pada sistem m2 terdapat dua gaya yang terjadi yaitu gaya berat ke bawah dan gaya tegangan tali ke arah atas.

sistem pada m2

ΣF = m x a
W2 – T2 = m2 x a
((3 kg)(10 m/s2)) – T2 = 3a
30 – T2 = 3a
T2 = 30 – 3a

c. Sistem Pada Katrol

Sistem pada katrol memiliki dua gaya yang terjadi yaitu gaya tegangan tali pertama dan gaya tegangan tali kedua. Sehingga sistem seperti gambar di bawah ini.

sistem pada katrol
momen-gaya

Hasil sistem yang telah dicari kemudian di substitusikan sehingga menemukan bentuk sederhana dan mendapatkan nilai percepatan.

T2 – T1 = 1,5a
30 – 3a – 6a = 1,5a
30 = 10,5a
a = 2,86 m/s2

Soal 2

Sebuah papan kayu dengan panjang 25 cm dikenai gaya sebesar 20 N pada salah satu lengan dengan membentuk sudut sebesar 150o. Tentukan momen gaya yang terjadi pada papan kayu tersebut.

Dikarenakan terdapat sudut yang terjadi antara gaya dengan lengan gaya, maka rumus yang digunakan seperti di bawah ini.

τ = r x F sin θ
τ = (0,25 m) (20 N) (sin 150o)
τ = -3,574 Nm (arah torsi menjauhi pembaca)

Soal 3

Diberikan sebuah persegi ABCD seperti gambar di bawah ini dengan memiliki panjang sisi 20 dan dikenai gaya F menyilang antara D dan B. Tentukan besar torsi yang terjadi jika poros berada di titik A.

soal 3

Untuk mengerjakan soal di atas, kamu harus memahami sudut yang dibentuk dalam sebuah persegi. Setiap sisi persegi akan membentuk sudut sebesar 90o. Sehingga sudut yang dibentuk oleh gaya F adalah 45o.

rumus torsi

Soal 4

Dua beban di pasang pada sebuah jungkat jungkit. Beban pertama dengan berat 200 N dipasang 4 meter dari poros dan beban kedua dipasang 8 meter dari poros. Agar keduanya seimbang, berapakah beban kedua yang harus di pasang

Soal meminta kamu untuk menyeimbangkan jungkat jungkit tersebut, sehingga besar torsi yang bekerja pada dua ruas jungkat jungkit memiliki nilai yang sama.

soal torsi

τ1 = τ2
r1 x F1 = r2 x F2
(4m)(200N) = (8m)(F2)
F2 = 100 N

Soal 5

Sebuah batang besi akan ditarik dengan nilai gaya tertentu seperti gambar di bawah ini. Tentukan besar torsi yang terjadi pada titik O pada batang besi tersebut.

soal 5

Kamu bisa menggunakan rumus torsi yang memiliki sudut antara lengan dan gaya yang diberikan.

soal-5

Memahami materi torsi memiliki kesulitan tersendiri dikarenakan kamu harus menggabungkannya dengan fenomena lain pada gaya seperti gaya tegangan tali, gaya gesek dan sejenisnya.

Semakin banyak belajar dan mengerjakan soal tentang torsi, maka kamu akan lebih mudah dalam memahami materi ini dan lebih cepat dalam mengerjakan soal-soal yang diberikan.

Baca Juga:

Rate this post