Kesetimbangan benda tegar

DAFTAR ISI
DAFTAR ISI........................................................................................................................................... 1
Tujuan Pembelajaran .............................................................................................................................. 2
Teori........................................................................................................................................................ 2

Pengertian Kesetimbangan benda tegar .............................................................................................. 2
Kesetimbangan statis sistem partikel .................................................................................................. 2
Syarat kesetimbangan benda tegar...................................................................................................... 3
Macam-macam Kesetimbangan.......................................................................................................... 3
Titik Berat ........................................................................................................................................... 5
Integritas keislaman ............................................................................................................................ 7
Kegiatan Eksperimen .............................................................................................................................. 8
Contoh soal ............................................................................................................................................. 9
Evaluasi................................................................................................................................................. 10
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................... 12

1

KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

Tujuan Pembelajaran
Menganalisis materi Kesetimbangan Benda Tegar

Teori

Pengertian Kesetimbangan benda tegar
Benda tegar yaitu benda yang tidak berubah posisi atau kedudukan saat diberikan gaya dari
luar. Sedangkan keseimbangan benda tegar adalah kondisi dimana momentum benda tersebut
bernilai nol. Maksudnya apabila suatu benda dalam keadaan diam, maka benda tersebut
cenderung untuk diam. Dimana jumlah gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan
nol atau tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis dapat disimbolkan
∑F = 0. Kesetimbangan benda tegar dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu kesetimbangan
statis dan kesetimbangan dinamis. Berdasar jenis geraknya, kesetimbangan benda juga
dikategorikan menjadi dua, yaitu kesetimbangan translasi dan kesetimbangan rotasi.
Kesetimbangan translasi terjadi bila tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda, atau ∑F
= 0. Jika di awal benda sudah bergerak dengan kecepatan tertentu, maka kecenderungan benda
akan tetap bergerak dengan kecepatan tersebut. Untuk kesetimbangan rotasi dapat terjadi bila
momen gaya yang bekerja pada benda bernilai nol atau sama dengan nol, atau ∑τ = 0. Benda
tegar akan berubah kesetimbangan translasionalnya bila diberikan atau mendapatkan gaya dari
luar, yaitu dapat berupa berupa tarikan atau dorongan yang bekerja pada titik pusat massa. Bila
gaya yang bekerja tidak pada pusat massa serta menghasilkan momen gaya atau torsi, maka
yang berubah adalah kesetimbangan rotasi. Secara mendasar dapat dikatakan bahwa gaya
adalah faktor yang mengubah gerak benda secara translasional; sedangkan momen gaya
menyebabkan perubahan gerak benda secara rotasional. (Nuraida, https://spada.uns.ac.id )

Kesetimbangan statis sistem partikel

Semua gaya yang bekerja pada benda dianggap bekerja pada titik materi tersebut, sehingga
gaya yang bekerja pada partikel hanya menyebabkan gerak translasi (tidak menyebabkan gerak

2

rotasi). Oleh karena itu, syarat yang berlaku bagi keseimbangan sistem partikel hanyalah
keseimbangan translasi atau ∑F = 0; ∑Fx = 0 ; ∑Fy = 0

∑F = 0 yang berarti benda terus diam atau benda bergerak lurus beraturan. Nah, keseimbangan
yang dimaksud dalam subbab ini adalah keseimbangan statis sitem partikel, yang berarti ∑F =
0 dan benda terus diam. Jika ∑F = 0 tetapi benda terus bergerak lurus beraturan, ini adalah
keseimbangan kinetis. (Nurhudayah,2019)

Syarat kesetimbangan benda tegar
Sebuah benda tegar berada dalam keadaan seimbang mekanis bila, relatif terhadap suatu
kerangka acuan inersial
1. Percepatan linier pusat massanya nol.
2. Percepatan sudutnya mengelilingi sembarang sumbu tetap dalam kerangka acuan ini juga
nol.

Persyaratan di atas tidak mengharuskan benda tersebut dalam keadaan diam, karena
persyaratan per-tama membolehkan benda bergerak dengan kecepatan pusat massanya
konstan, sedangkan persyaratan kedua membolehkan benda berotasi dengan kecepatan sudut
rotasi yang konstan juga. Bila benda benar-benar diam (relatif terhadap suatu kerangka acuan),
yaitu ketika kecepatan linier pusat massanya dan kecepatan sudut rotasinya terhadap
sembarang sumbu tetap, bernilai nol keduanya, maka benda tegar tersebut dikatakan berada
dalam keseimbangan statik. Bila suatu benda tegar berada dalam keadaan seimbang statis,
maka kedua persyaratan di atas untuk keseimbangan mekanik akan menjamin benda tetap
dalam keadaan seimbang statik.

● Persyaratan pertama ekuivalen dengan persyaratan bahwa total gaya eksternal yang
bekerja pada benda tegar sama dengan nol.

● Sedangkan persyaratan kedua ekuivalen dengan persyaratan bahwa total torsi eksternal
yang bekerja pada benda tegar sama dengan nol. (Mirza,2012)

Macam-macam Kesetimbangan
1. Keseimbangan stabil/mantap

3

Keseimbangan suatu benda di mana setelah gangguan yang diberikan pada benda dihentikan,
benda akan kembali ke posisi keseimbangan semula.
Contoh: Keseimbangan stabil dapat dipandang sebagai keseimbangan yang dimiliki benda jika
gangguan yang dialaminya menaikkan titik beratnya (energi potensialnya).
2. Keseimbangan labil/goyah

Keseimbangan pada suatu benda di mana setelah gangguan yang diberikan/dialami benda
dihentikan, maka benda tidak kembali ke posisi keseimbangan semula, tetapi bahkan
memperbesar gangguan tersebut.
Contoh: Keseimbangan pada suatu benda dipandang sebagai keseimbangan yang dimiliki
benda jika gangguan yang dialaminya menurunkan titik beratnya (energi potensialnya).
3. Keseimbangan indeferen/netral

Keseimbangan pada suatu benda di mana setelah gangguan yang diberikan tidak mengubah
posisi benda.

4

Contoh : Keseimbangan indiferen dapat dipandang sebagai keseimbangan yang dimiliki benda
dimana jika gangguan yang dialaminya tidak menyebabkan perubahan titik beratnya (energi
potensialnya). (Nurhudayah,2019)

Titik Berat
Suatu benda tegar terdiri atas bagian-bagian kecil yang disebut sebagai partikel. Setiap partikel
memiliki massa. Berat keseluruhan benda tegar tersebut merupakan resultan dari gaya gravitasi
yang berarah vertikal ke bawah dari semua partikelnya. Resultan ini bekerja melalui suatu titik
tunggal yang disebut sebagai titik berat atau pusat gravitasi.Koordinat titik berat benda ( 0,
0) yang terdiri atas banyak partikel dengan titik berat ( 1, 1), ( 2, 2), ( 3, 3), … yang
beratnya berturut-turut 1, 2, 3, … dapat ditentukan dengan rumus:

Akan tetapi, = sehingga persamaan (15) dapat dinyatakan dengan:

Untuk benda satu dimensi, titik berat sistem benda adalah:

dengan merupakan panjang atau keliling masing-masing komponen penyusun sistem benda.
Untuk benda dua dimensi, titik berat sistem benda adalah:

dengan merupakan luas dari masing-masing komponen penyusun sistem benda. Sedangkan
untuk benda tiga dimensi, titik berat sistem benda adalah:

5

dengan merupakan volume dari masing-masing komponen penyusun sistem benda
(Juandi,2019).

6

Integritas keislaman
Ayat Al-Quran yang berkaitan dengan teori kesetimbangan dan dinamika rotasi adalah sebagai
berikut:
a. Q.S Al-Mulk : 3
Yang artinya : “Yang telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. Kamu sekali-kali tidak
melihat pada ciptaan Tuhan Yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang.
Disini Allah menciptakan segala sesuatu tidak lepas dari hukum-hukum serta peraturan-
peraturan sehingga semuanya menjadi begitu rapi. Diciptakannya berbagai makhluk dengan
timbal balik satu dengan yang lain seperti manusia & binatang-tumbuhan dalam proses
fotosintesis. Diciptakannya suara serta sidik jari milyaran manusia yang satupun tidak ada yang
sama.
b. Q.S Al-Fur’qan : 67
Yang Artinya : “Dan orang-orang yang apabila membelanjakan (harta), mereka tidak
berlebihan, dan tidak (pula) kikir, dan adalah (pembelanjaan itu) di tengah-tengah antara yang
demikian.”
Semoga Allah menganugerahkan pada kita sifat pertengahan dalam membelanjakan harta dan
menjauhkan kita dari sifat berlebihan (boros) serta sifat kikir (pelit).
(Rafif dkk,2019)

7

Kegiatan Eksperimen

Tujuan
Menyelidiki penjumlahan gaya pada sistem kesetimbangan

Alat dan bahan
● Meja praktik, atau meja gaya
● Puli berpenjepit (pulley on clamps), 3 buah
● Kertas HVS atau kertas grafik mm
● Tali benang (cord on reel)
● Beban 50 gr (load 50 g), 16 buah
● Busur derajat plastik
● Neraca pegas (Spring 3 N), 3 buah
● Ring plat atau kancing baju

Langkah percobaan
● Susunlah semua alat seperti gambar di bawah ini
● Tetapkan beban w1 dan w2 dengan masing-masing beban 100 g dan 150 g
● kemudian pasang beban w3 hingga kedudukan kancing setimbang berada di tengah-
tengah kertas yang telah disediakan di bawah rentangan tali.
● Ukur masing-masing sudut dari ketiga bentangan tali terhadap salah satu sumbu, misal
sudut-sudut tersebut A1, A2, dan A3.
● Hitung masing-masing gaya dari sistem kesetimbangan ini dan masukkan dalam tebal
data pengamatan.
● Ingat daerah sumbu-x positif sebelah kanan sumbu dan daerah negatif sebelah kiri
sumbu-x, demikian juga untuk sumbu-y

Data pengamatan

Beban Fx Fy

8

Beban 1
Beban 2
Beban 3

∑Fx=... ∑Fy=...

Pertanyaan
1) Perhatikan data percobaan di atas. Apakah hasil angka hasil perhitungan untuk ∑Fx sama
besar dengan hasil yang diperoleh ∑Fy. Jika jauh berbeda apa pendapatmu, dan jika sama
besar, apa pula pendapatmu?
2) Berapa besar tegangan pada masing-masing tali?
3) Adakah pengaruh gaya gesek puli terhadap tegangan tali?
4) Bagaimanakah cara menghitung gaya gesek statis yang ditimbulkan oleh tali untuk sistem
kesetimbangan di atas?

Contoh soal
Sebuah batang homogen AC dengan panjang 4 cm dan massanya 50 kg. Pada ujung C
digantung beban yang massanya 20 kg. Batang ditahan oleh tali T sehingga sistem seimbang.
Jika jarak BC= 1m, maka hitunglah tegangan tali T!

Jawab

9

Στ = 0
WB.AC + Wb.AO = T sin 30° AB

200.4+500.2 = T.0,5.3
T=1.200N

Pada sistem kesetimbangan benda seperti pada gambar di samping, panjang AB = 80 cm, AC
= 60 cm, dan berat 18 N. Jika ujung batang digantungkan beban 3 N, maka tegangan pada tali
adalah …

Jawab Στ = 0
hukum kesetimbangan: T . Sin θ .r = Wbatang. r + Wbeban . r
T . 0,6 . 0,8 = 18 . 0,4 + 30 . 0,8
Evaluasi
Soal T . 0, 48 = 31,2
T = 65 N

Jika sistem dalam keadaan setimbang, maka besar gaya F adalah …
● Sebuah batang homogen yang massanya 13 kg (g = 10 m/s2) dan panjangnya 13 m
disandarkan pada sebuah tembok tingginya 5 m dari tanah. Jika tembok licin, lantai

10

kasar, dan batang dalam kesetimbangan, maka koefisien gesekan antara lantai dengan
ujung batang adalah
● 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 . .
● Koordinat titik berat pada benda homogen seperti gambar di samping adalah ... .

11

DAFTAR PUSTAKA
Juandi,2019, Pengembangan Modul Fisika berbasis Kontekstusional pada materi
Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar, https://e-
journal.hamzanwadi.ac.id
Mirza,2012, Fisika Dasar, https://mirza.staff.ugm.ac.id
Nuraida, Analisi Materi Kesetimbangan Benda Tegar dan Dinamika Rotasi,
https://spada.uns.ac.id
Nurhudayah,2019, Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar,
https://repositori.kemendikbud.go.id
Rafif dkk,2019, Pengembangan lembar kegiatan Peserta Didik berbasis SETS
pada Materu Dinamika Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar pada kelas XI
MIA. https://e-journal.uinib.ac.id

12