KESETIMBANGAN TRANSLASI: DETERMINASI, APLIKASI, CONTOH - FISIK - 2025

The 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 yang terlibat.

Fakta bahwa benda berada dalam ekuilibrium translasi tidak berarti bahwa ia harus diam. Ini adalah kasus khusus dari definisi yang diberikan di atas. Objek mungkin sedang 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, itu berlanjut seperti ini. Dan jika sudah memiliki gerakan, kecepatannya akan konstan. Secara umum gerak suatu benda merupakan komposisi terjemahan dan rotasi. Terjemahan dapat ditunjukkan pada gambar 2: linier atau lengkung.

Tetapi jika salah satu titik objek tetap, maka satu-satunya kesempatan benda itu harus bergerak adalah memutar. Contohnya adalah CD, yang pusatnya tetap. CD memiliki kemampuan untuk berputar 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 ekuilibrium 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 objek tidak akan mengalami percepatan dan semua partikelnya diam atau mengalami translasi bujursangkar dengan kecepatan konstan.

Sekarang jika objek dapat berputar, biasanya mereka akan melakukannya. Itulah sebabnya kebanyakan gerakan terdiri dari kombinasi terjemahan dan rotasi.

Memutar objek

Ketika keseimbangan rotasi penting, mungkin perlu untuk memastikan bahwa objek tidak berputar. Jadi Anda harus mempelajari apakah ada torsi atau momen yang bekerja di atasnya.

Torsi adalah besaran vektor yang bergantung pada rotasi. Ini membutuhkan gaya untuk diterapkan, tetapi titik penerapan gaya juga penting. Untuk memperjelas gagasan tersebut, pertimbangkan objek yang diperpanjang di mana gaya F bekerja dan mari kita lihat apakah ia mampu menghasilkan rotasi pada beberapa sumbu O.

Telah diketahui bahwa dengan mendorong benda pada titik P dengan gaya F, dimungkinkan untuk membuatnya berputar disekitar titik O, dengan putaran berlawanan arah jarum jam. Tapi arah penerapan gaya juga penting. Misalnya, gaya yang diterapkan pada gambar di tengah tidak akan membuat benda berputar, meski pasti bisa menggerakkannya.

Gambar 2. Berbagai cara menerapkan gaya pada benda besar, hanya pada gambar di paling kiri yang diperoleh efek rotasi. Sumber: buatan sendiri.

Menerapkan gaya secara langsung ke titik O juga tidak akan mengubah objek. Jadi jelas bahwa untuk mencapai efek rotasi, gaya harus diterapkan pada jarak tertentu dari sumbu rotasi dan garis aksinya tidak boleh melewati sumbu tersebut.

Definisi torsi

Torsi atau momen suatu gaya, dilambangkan sebagai τ, besaran vektor yang bertugas menyatukan semua fakta ini, didefinisikan sebagai:

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:

Torsi paling efektif terjadi jika r dan F tegak lurus.

Sekarang, jika diinginkan bahwa tidak ada rotasi atau ini terjadi dengan percepatan sudut konstan, maka perlu bahwa jumlah torsi yang bekerja pada objek adalah nol, analog dengan apa yang dianggap gaya:

Kondisi keseimbangan

Keseimbangan berarti stabilitas, harmoni dan keseimbangan. Agar pergerakan suatu objek memiliki karakteristik 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 kesetimbangan translasi dan kondisi kedua menjamin kesetimbangan rotasi. Keduanya harus dipenuhi jika objek ingin tetap dalam kesetimbangan statis (tidak ada gerakan apa pun).

Aplikasi

Kondisi ekuilibrium berlaku untuk banyak struktur, karena ketika bangunan atau berbagai objek dibangun, hal itu dilakukan dengan maksud agar bagian-bagiannya tetap pada posisi relatif yang sama satu sama lain. Dengan kata lain, benda tersebut tidak terlepas.

Hal ini penting misalnya saat membangun jembatan yang tetap kokoh di bawah permukaan tanah, atau saat merancang bangunan layak huni yang tidak berubah posisi atau cenderung terbalik.

Meskipun diyakini bahwa gerak bujursangkar yang seragam adalah penyederhanaan gerak yang ekstrim, yang jarang terjadi di alam, harus diingat bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan, dan juga kecepatan suara di udara, jika anggap medium homogen.

Dalam banyak struktur seluler buatan manusia, penting untuk mempertahankan kecepatan yang konstan: misalnya, pada eskalator dan jalur perakitan.

Contoh

Ini adalah latihan klasik ketegangan yang menahan keseimbangan lampu. Lampunya diketahui memiliki berat 15 kg. Temukan besarnya tekanan yang diperlukan untuk menahannya dalam posisi ini.

Gambar 3. Ekuilibrium lampu dijamin dengan menerapkan kondisi kesetimbangan translasi. Sumber: buatan sendiri.

Larutan

Untuk mengatasinya, kita fokus pada simpul tempat ketiga tali bertemu. Diagram benda bebas masing-masing untuk node dan untuk lampu ditunjukkan pada gambar di atas.

Berat lampu adalah W = 5 Kg. 9,8 m / s ² = 49 N. Agar lampu berada dalam kesetimbangan, cukup untuk memenuhi kondisi kesetimbangan pertama:

Tegangan T ₁ dan T ₂ harus diurai:

Ini adalah sistem dari dua persamaan dengan dua tidak diketahui, yang jawabannya adalah: T ₁ = 24,5 N dan T ₂ = 42,4 N.

Referensi

1. Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7 ^ma . Ed. Pembelajaran Cengage. 120-124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Dasar-dasar Fisika. 9 ^na Ed. Cengage Learning. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. MacGraw Hill. 71 - 87.
5. Walker, J. 2010. Fisika. Addison Wesley. 332 -346.