Jenis-jenis keseimbangan

Tidak semua benda yang kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari selalu diam. Mungkin pada mulanya benda diam, tetapi jika digerakkan maka benda bisa saja bergerak. Persoalannya, apakah setelah benda bergerak, benda kembali lagi ke posisinya semula atau tidak, hal ini bergantung pada jenis keseimbangan benda tersebut.
Jika sebuah benda yang sedang diam mengalami gangguan (terdapat resultan gaya atau resultan momen gaya yang bekerja pada benda tersebut) maka benda akan bergerak. Setelah bergerak, akan ada tiga kemungkinan, yakni : (1) benda kembali ke posisinya semula, (2) benda menjauhi posisinya semula, (3) benda tetap berada pada posisinya yang baru. Jika setelah bergerak, benda kembali ke posisinya semula maka benda berada dalam keseimbangan stabil. Jika setelah bergerak, benda bergerak semakin jauh dari posisi semula, maka benda berada dalam keseimbangan labil. Sebaliknya jika setelah bergerak benda tetap berada pada posisinya yang baru maka benda berada dalam keseimbangan netral.

Keseimbangan stabil
Suatu benda yang pada mulanya diam, jika padanya dikerjakan gaya atau torsi sehingga terdapat resultan gaya atau resultan momen gaya yang menggerakan benda maka benda akan bergerak. Benda setimbang stabil jika setelah bergerak benda kembali ke posisinya semula. Benda bergerak kembali ke posisinya semula karena ada resultan gaya atau resultan momen gaya.
Contoh 1 :

Sebuah benda digantung dengan seutas tali pada sebuah penyanggah. Mula-mula benda diam. Setelah didorong, benda bergerak lalu kembali ke posisinya semula. Titik berat benda berada di tengah-tengah benda tersebut, sedangkan titik tumpuh berada di antara tali dan penyanggah.
Benda bergerak kembali ke posisinya semula akibat adanya resultan gaya berat pada arah horisontal (w_s). Tegangan tali (T) dan komponen gaya berat pada arah vertikal (w_y) saling melenyapkan karena kedua gaya ini mempunyai besar sama dan arah berlawanan.
Contoh 2 :

Benda berada di lembah. Mula-mula benda diam. Setelah digerakan, benda bergerak ke kanan dan ke kiri lalu kembali ke posisinya semula. Benda bergerak kembali ke posisinya semula karena ada resultan gaya berat pada arah horisontal (w_x). Komponen gaya berat pada arah vertikal (w_y) dan gaya normal (N) saling melenyapkan karena kedua gaya ini sama besar dan berlawanan arah.
Contoh 3 :
Mula-mula benda diam. Titik berat benda berada di tengah-tengah benda dan titik tumpuh berada di alas benda yang bersentuhan dengan permukaan bidang datar. Setelah digerakan ke kanan, benda terangkat ke kanan. Jika posisi titik berat masih berada di sebelah kiri titik tumpuh maka benda masih bisa kembali ke posisinya semula karena ada resultan momen gaya yang dihasilkan oleh gaya berat. Dalam hal ini, titik tumpuh berperan sebagai sumbu rotasi.
Sebaliknya jika benda digerakan ke kiri maka benda terangkat ke kiri. Jika posisi titik berat masih berada di sebelah kanan titik tumpuh maka benda masih bisa kembali ke posisinya semula. Untuk persoalan seperti contoh 3, benda masih seimbang stabil jika setelah terangkat ke kanan, titik berat benda tidak melewati titik tumpuh. Jika setelah terangkat ke kanan, titik berat melewati titik tumpuh maka benda terus bergerak menjauhi posisinya semula. Untuk persoalan seperti ini benda berada dalam keseimbangan labil.

Keseimbangan labil
Suatu benda seimbang labil jika benda yang pada mulanya diam, bergerak akibat adanya resultan gaya atau resultan momen gaya yang bekerja pada benda tersebut. Setelah bergerak, benda tidak kembali ke posisinya semula tetapi menjauhi posisinya semula.
Contoh 1.
Benda pada mulanya diam lalu bergerak karena ada gangguan (ada resultan gaya atau resultan momen gaya yang menggerakan benda). Setelah bergerak, benda terus bergerak menjauhi posisinya semula. Benda bergerak menjauhi posisinya semula karena setelah bergerak posisi titik berat berada di sebelah kanan titik tumpuh. Ketika titik berat berada di sebelah kanan titik tumpuh, terdapat resultan momen gaya atau resultan torsi yang memutar benda menjauhi posisinya semula.
Contoh 2.
Benda pada mulanya diam di atas puncak. Setelah digerakkan, benda terus bergerak menjauhi posisinya semula. Benda digerakkan menjauhi posisinya semula karena ada komponen gaya berat pada arah horisontal (w_x).

Keseimbangan netral
Suatu benda seimbang netral jika setelah bergerak karena adanya gangguan, benda tetap berada pada posisinya yang baru. Benda tidak bergerak kembali ke posisinya semula dan benda juga tidak bergerak menjauhi posisinya semula.
Contoh 1.
Bola yang pada mulanya diam di atas bidang datar bergerak akibat adanya gangguan. Setelah berhenti bergerak, bola tetap berada di posisinya yang baru. Bola tidak bergerak kembali ke posisinya semula dan juga tidak bergerak semakin jauh dari posisinya semula.
Kesimpulan
Berdasarkan penjelasan di atas, dapat disimpulkan beberapa hal berikut.
Pertama, jika titik berat benda berada di bawah titik tumpuh maka benda selalu seimbang stabil. Misalnya sebuah benda yang digantung dengan tali pada sebuah penyanggah.
Kedua, jika titik berat benda berada di atas titik tumpuh, keseimbangan benda bersifat relatif. Benda bisa seimbang stabil, benda juga bisa seimbang labil.
Ketiga, keseimbangan benda bergantung juga pada bentuk dan ukuran benda. Benda yang lebih lebar dan kurang tinggi, lebih stabil dibandingkan dengan benda yang kurang lebar dan tinggi.
Keempat, keseimbangan benda bergantung pada jarak titik berat dari titik tumpuh. Jika titik berat jauh dari titik tumpuh, maka benda cenderung seimbang labil. Sebaliknya jika titik berat dekat dengan titik tumpuh maka benda cenderung seimbang stabil.

Referensi