Hukum kekekalan momentum sudut menyatakan bahwa jika resultan momen gaya pada sebuah benda tegar yang bergerak rotasi bernilai nol maka momentum sudut benda tegar yang bergerak rotasi selalu konstan. Rumus hukum kekekalan momentum sudut dapat diturunkan secara matematis dengan memodifikasi rumus hukum II Newton versi momentum sudut.
Hukum II Newton pada gerak rotasi
Jika terdapat resultan gaya pada suatu benda bermassa m maka benda bergerak lurus dengan percepatan a. Hubungan antara resultan gaya, massa dan percepatan dinyatakan melalui persamaan :
Ini adalah persamaan hukum II Newton yang telah dipelajari di kelas X.
Besaran fisika pada gerak rotasi yang identik dengan resultan gaya pada gerak lurus adalah resultan momen gaya. Besaran fisika pada gerak rotasi yang identik dengan massa pada gerak lurus adalah momen inersia. Besaran fisika pada gerak rotasi yang identik dengan percepatan pada gerak lurus adalah percepatan sudut.
Gaya konservatif dan gaya tak konservatif
1. Gaya konservatif
Apabila usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga benda kembali lagi ke posisi awal sama dengan nol maka gaya tersebut disebut sebagai gaya konservatif.
Berikut ini contoh beberapa gaya konservatif.
1.1. Gaya berat
Tinjau sebuah benda yang bergerak vertikal ke atas hingga mencapai ketinggian maksimum lalu bergerak ke bawah menuju posisi semula. Ketika bergerak vertikal ke atas sejauh h, gaya berat berlawanan arah dengan perpindahan benda. Karena berlawanan arah dengan perpindahan benda maka gaya berat melakukan usaha negatif pada benda.
W = w h cos (180o) = – w h = – m g h
Gaya gesek statis
Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada permukaan benda yang saling bersentuhan ketika benda belum bergerak.
Gaya gesek kinetis
Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada permukaan benda yang saling bersentuhan ketika benda sedang bergerak.
Jika hendak menentukan gaya gesek statis, gunakan persamaan 1.5 a. Jika hendak menentukan koefisien gesek kinetis, gunakan persamaan 1.5 b.
Energi kinetik pada gerak rotasi
Materi Energi Kinetik pada Gerak Rotasi
Benda yang bergerak lurus mempunyai energi kinetik yang dapat dihitung menggunakan rumus :
EK = ½ m v2
Keterangan :
EK = energi kinetik (satuan internasionalnya adalah kg m2/s2 atau Joule)
m = massa (satuan internasionalnya adalah kilogram, disingkat kg)
v = kelajuan (satuan internasionalnya adalah meter/sekon, disingkat m/s)
Besaran fisika pada gerak rotasi yang identik dengan massa (m) pada gerak lurus adalah momen inersia (I). Besaran fisika pada gerak rotasi yang identik dengan kelajuan (v) pada gerak rotasi adalah kelajuan sudut. Dengan demikian, benda yang bergerak rotasi mempunyai energi kinetik yang dapat dihitung menggunakan rumus :
Energi kinetik dan usaha fisika
Materi Energi Kinetik dan Usaha Fisika
Jika terdapat gaya total yang bekerja pada suatu benda maka benda mengalami percepatan (dan perpindahan). Ketika mengalami percepatan, kelajuan benda berubah. Bisa dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya total mempunyai keterkaitan dengan kelajuan awal dan kelajuan akhir benda.
Usaha yang dilakukan pada suatu benda oleh gaya total konstan :
Usaha (W) total = Resultan gaya (F total) x perpindahan (s)
Hukum II Newton menyatakan bahwa jika terdapat gaya total yang bekerja pada suatu benda maka benda mengalami percepatan.
Contoh soal Usaha
9 Contoh soal Usaha
1. Gaya 20 Newton dikerjakan pada balok hingga balok berpindah sejauh 2 meter. Usaha yang dikerjakan gaya F pada balok adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Gaya (F) = 20 N
Perpindahan (s) = 2 meter
Sudut = 0 (arah gaya sama dengan arah perpindahan atau arah gaya berhimpit dengan arah perpindahan sehingga sudut yang dibentuk oleh gaya dengan perpindahan adalah nol)
Syarat kesetimbangan benda tegar
Syarat pertama kesetimbangan benda tegar :
Hukum II Newton menyatakan bahwa jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda (benda dianggap sebagai partikel) tidak sama dengan nol maka benda akan bergerak dengan percepatan konstan di mana arah gerakan benda sama dengan arah resultan gaya. Jika resultan gaya bernilai nol maka benda diam atau benda bergerak dengan kecepatan konstan.
Pusat massa
Pengertian
Benda tegar dianggap tersusun dari banyak partikel dan massa sebuah benda merupakan jumlah massa masing-masing partikel penyusun benda tersebut. Pusat massa adalah sebuah titik pada benda di mana massa semua partikel penyusun benda dianggap terpusat pada titik tersebut.
Rumus
Setiap benda tegar dianggap tersusun dari banyak partikel di mana jarak antara setiap partikel sama. Walaupun demikian, untuk mempermudah penurunan rumus menentukan pusat massa, dibuat penyederhanaan dengan menganggap benda tegar hanya terdiri dari dua partikel. Kedua partikel ini dapat disebut sistem benda tegar.
