Dalam pelajaran fizik yang lepas, topik utama telah dipelajari. dinamik zarah dan dinamik putaranDalam dinamik zarah, kita mengkaji zarah dalam gerakan translasi (gerakan lurus, gerakan membulat, gerakan parabola). Dalam dinamik putaran, kita mengkaji jasad tegar yang berputar. Dalam topik ini, kita mengkaji objek dalam keseimbangan. Terdapat dua jenis keseimbangan: keseimbangan statik dan keseimbangan dinamik. Menurut hukum pertama Newton, objek berada dalam keseimbangan statik jika ia dalam keadaan pegun, dan objek berada dalam keseimbangan dinamik jika ia bergerak pada halaju malar. Kertas kerja ini lebih menumpukan pada perbincangan tentang keseimbangan statik (objek dalam keadaan pegun).
Draf keseimbangan jasad tegar merupakan pengetahuan dasar yang sangat penting dan mempunyai banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, khususnya pada bidang teknik. Pemahaman dan perhitungan mengenai gaya-gaya yang bekerja pada benda yang berada dalam keadaan setimbang statis sangat penting, khususnya bagi para ahli teknik (arsitek atau insinyur). Dalam merancang sesuatu, baik gedung, jembatan, kendaraan, dll, para arsitek atau insinyur juga memperhitungkan secara saksama, apakah struktur suatu bangunan, kendaraan, jembatan dll, mampu menahan gaya-gaya yang bekerja padanya sehingga tidak ambruk.
Contoh masalah
1. Perhatikan gambar berikut ini! Sebuah batang bermassa 1,5 kg yang salah satu ujungnya dipasang engsel tegak lurus dinding dan sebuah lampion digantungkan pada jarak tertentu dari engsel. Besar gaya tegangan tali, agar batang berada dalam keseimbangan adalah…
Perbincangan
Ia diketahui:
Massa beban (m1) = 2 kg
Massa batang (m2) = 1,5 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/s2
Berat beban (w1) = (2)(10) = 20 Newton
Berat batang (w2) = (1,5)(10) = 15 N
Ditanya: Besar gaya tegangan tali agar batang berada dalam keseimbangan
jawab:
Panjang tali dihitungmenggunakan rumus Pythagoras:
Kirakan daya tegangan tali (T):
Pilih sumbu rotasi di engsel. Tinjau momen gaya yang bekerja pada batang.
Momen Daya 1:
τ1 = w2 r2 = (15 N)(0,4 m) = -6 Nm
Momen daya 1 menyebabkan rod berputar mengikut arah jam supaya momen daya 1 itu mempunyai tanda negatif.
Momen Daya 2:
τ2 = w1 r1 = (20 N)(0,6 m) = -12 Nm
Momen daya 2 menyebabkan rod berputar mengikut arah jam supaya momen daya 1 itu mempunyai tanda negatif.
Momen Daya 3:
τ3 = T r3 tanpa θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
Momen daya 3 menyebabkan rod berputar lawan arah jam supaya momen daya 3 mempunyai tanda positif.
Agar sistem diam maka resultan momen gaya (Στ) = 0
Στ = 0
τ1 + τ2 + τ3 = 0
– 6 – 12 + 0,48T = 0
– 18 + 0,48T = 0
0,48T = 18
T = 18/0,48
T = 37,5 Newton
Sumber soalan:
Soalan Fizik Peperiksaan Kebangsaan untuk Sekolah Menengah Atas/Sekolah Menengah Vokasional
