Dalam pelajaran fizik sebelum ini, kita telah mempelajari topik dinamik zarah dan dinamik putaran . Dalam dinamik zarah, kita telah mempelajari zarah dalam gerakan translasi ( gerakan lurus , gerakan bulat , gerakan parabola ). Dalam dinamik putaran, kita telah mempelajari jasad tegar yang berputar. Dalam topik ini, kita telah mempelajari objek dalam keseimbangan. Terdapat dua jenis keseimbangan, iaitu keseimbangan statik dan keseimbangan dinamik. Menurut hukum pertama Newton, objek berada dalam keseimbangan statik jika objek itu diam dan objek berada dalam keseimbangan dinamik jika objek itu bergerak pada halaju malar. Kertas kerja ini lebih menumpukan pada perbincangan tentang keseimbangan statik (objek pegun).
Konsep keseimbangan jasad tegar merupakan pengetahuan asas yang sangat penting dan mempunyai banyak aplikasi dalam kehidupan seharian, terutamanya dalam bidang kejuruteraan. Memahami dan mengira daya yang bertindak ke atas sesuatu objek dalam keadaan keseimbangan statik adalah sangat penting, terutamanya bagi pakar teknikal (arkitek atau jurutera). Dalam mereka bentuk sesuatu, sama ada bangunan, jambatan, kenderaan, dan sebagainya, arkitek atau jurutera juga mengira dengan teliti sama ada struktur sesuatu bangunan, kenderaan, jambatan, dan sebagainya, mampu menahan daya yang bertindak ke atasnya supaya ia tidak runtuh.
Contoh masalah
1. Pertimbangkan imej berikut! Sebatang rod 1,5 kg diengsel secara serenjang dengan dinding pada satu hujungnya, dan sebatang tanglung digantung pada jarak tertentu dari engsel tersebut. Tegangan pada tali untuk memastikan rod berada dalam keseimbangan ialah…
Perbincangan
Ia diketahui:
Jisim beban (m1 ) = 2 kg
Jisim rod (m2 ) = 1,5 kg
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/ s²
Berat beban (w)1) = (2)(10) = 20 Newton
Berat bar (w 2 ) = (1,5)(10) = 15 N
Soalan: Magnitud tegangan dalam tali supaya rod berada dalam keseimbangan
jawab:
Panjang tali dikira menggunakan formula Pythagoras:
Kirakan daya tegangan tali (T ):
Pilih paksi putaran pada engsel. Pertimbangkan momen daya yang bertindak pada rod.
Momen Daya 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (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:
τ 2 = w 1 r 1 = (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:
τ 3 = T r 3 sin 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 itu pegun, momen daya yang terhasil ( Στ) = 0
Στ = 0
τ 1 + τ 2 + τ 3 = 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
