Pelajaran IPA Fisika Dinamika Rotasi

 

Gerak rotasi benda adalah gerak suatu benda mengitari suatu poros. Dinamika rotasi mempelajari gerak rotasi benda dengan penyebabnya yaitu  torsi atau momen gayanya.

Dinamika adalah cabang mekanika klasik yang mempelajari tentang gaya dan pengaruhnya terhadap gerak. Isaac Newton adalah orang pertama yang merumuskan hukum fisika dasar yang mengatur dinamika dalam fisika non-relativistik klasik, terutama hukum gerak keduanya.

Secara umum, peneliti yang terlibat dalam studi dinamika bagaimana sistem fisik dapat berkembang atau berubah dari waktu ke waktu dan mempelajari penyebab perubahan tersebut. Selain itu, Newton menetapkan hukum fisika dasar yang mengatur dinamika dalam fisika. Dengan mempelajari sistem mekanikanya, dinamika dapat dipahami. Secara khusus, dinamika sebagian besar terkait dengan hukum kedua Newton tentang gerak. Namun, ketiga hukum gerak diperhitungkan karena ini saling terkait dalam pengamatan atau eksperimen apa pun.

Dinamika linier dan rotasi

Studi tentang dinamika terbagi dalam dua kategori: linier dan rotasi. Dinamika linier berkaitan dengan benda yang bergerak dalam garis dan melibatkan besaran seperti gaya, massa/kelembaman, perpindahan (dalam satuan jarak), kecepatan (jarak per satuan waktu), percepatan (jarak per satuan waktu kuadrat) dan momentum (massa kali). satuan kecepatan). Dinamika rotasi berkaitan dengan benda yang berputar atau bergerak dalam lintasan melengkung dan melibatkan besaran seperti torsi, momen inersia/kelembaman rotasi, perpindahan sudut (dalam radian atau lebih jarang, derajat), kecepatan sudut (radian per satuan waktu), sudut percepatan (radian per satuan waktu kuadrat) dan momentum sudut (momen inersia kali satuan kecepatan sudut). Sangat sering, objek menunjukkan gerak linier dan rotasi.

Untuk elektromagnetisme klasik, persamaan Maxwell menggambarkan kinematika. Dinamika sistem klasik yang melibatkan mekanika dan elektromagnetisme dijelaskan oleh kombinasi hukum Newton, persamaan Maxwell, dan gaya Lorentz.

Dari Newton, gaya dapat didefinisikan sebagai suatu pengerahan tenaga atau tekanan yang dapat menyebabkan suatu benda mengalami percepatan. Konsep gaya digunakan untuk menjelaskan pengaruh yang menyebabkan benda bebas (benda) mengalami percepatan. Ini bisa berupa dorongan atau tarikan, yang menyebabkan suatu benda berubah arah, memiliki kecepatan baru, atau berubah bentuk sementara atau permanen. Secara umum, gaya menyebabkan keadaan gerak suatu benda berubah.

Hukum Gerak Newton

Newton menggambarkan gaya sebagai kemampuan untuk menyebabkan suatu massa mengalami percepatan. Ketiga hukumnya dapat diringkas sebagai berikut:

Hukum pertama: Jika tidak ada gaya total pada suatu benda, maka kecepatannya konstan. Entah benda itu diam (jika kecepatannya sama dengan nol), atau benda itu bergerak dengan kecepatan konstan dalam satu arah.

Hukum kedua: Laju perubahan momentum linier P suatu benda sama dengan gaya total Fnet, yaitu, dP/dt = Fnet.

Hukum ketiga: Ketika benda pertama memberikan gaya F1 pada benda kedua, benda kedua secara bersamaan memberikan gaya F2 = F1 pada benda pertama. Artinya F1 dan F2 sama besar dan berlawanan arah.

Hukum gerak Newton hanya berlaku dalam kerangka acuan inersia.

Pernahkah bertanya-tanya mengapa tornado begitu dahsyat? Apakah kecepatan topan yang menelan lingkungan atau ada sesuatu yang lain untuk itu! Nah, tornado adalah campuran kekuatan, kekuatan, dan energi. Ini mengatur gerakan rotasi tornado, yang mengakibatkan kehancuran.

Kita menemukan banyak objek yang mengikuti gerakan rotasi. Tidak peduli apakah tetap atau bergerak, benda-benda ini mengikuti dinamisme khusus yang memungkinkan mereka melakukan aktivitas spesifik mereka. Apakah itu kipas langit-langit atau roda tembikar, benda-benda yang berputar ini adalah sistem partikel yang mempertimbangkan gerakan secara keseluruhan. Dalam pengantar dinamika rotasi suatu sistem, kita akan menekankan pada pusat massa partikel itu dan menggunakannya dalam memahami gerak secara keseluruhan.

Sebelum masuk lebih dalam ke pokok bahasan, sebaiknya kita pahami dulu istilah “benda yang diperluas”. Ketika kita mengacu pada suatu objek sebagai benda yang diperluas, kita bermaksud untuk menandainya sebagai sistem partikel. Benda tegar adalah benda yang memiliki bentuk dan ukuran tertentu. Dalam benda tegar, jarak antara pasangan partikel penyusun tidak berubah.

Gerakan Benda Tegar

Mari kita perhatikan benda tegar yang meluncur menuruni bidang miring. Gerakan benda tegar ini dalam satu arah, menandakan bahwa semua partikel bergerak dalam satu arah. Partikel-partikel ini bergerak dengan kecepatan yang sama pada setiap interval waktu. Ketika semua partikel dalam suatu sistem bergerak dengan kecepatan yang sama pada setiap saat, maka gerakan seperti itu disebut gerakan translasi.

Setelah gerak translasi, dalam pengantar kita tentang dinamika rasional, kita mempertimbangkan gerak rotasi.

Sebuah silinder ketika digulingkan pada bidang miring mengikuti gerak translasi dan rotasi. Beberapa partikelnya bergerak ke arah yang sama sementara yang lain mengikuti jalur yang berbeda. Untuk memastikan arah gerakannya, kita perlu memperbaiki gerakan badan silinder ini melintasi garis lurus. Garis lurus di mana gerakan silinder tetap dan disebut sumbu rotasi. Gerak melingkar silinder disebut gerak rotasi.

Rotasi dan Ciri-cirinya

Dalam gerak rotasi, kita mengetahui bahwa partikel-partikel benda saat bergerak mengikuti lintasan melingkar. Setiap partikel dalam benda tegar bergerak dalam lintasan melingkar sepanjang bidang yang tegak lurus terhadap sumbu dan berpusat pada sumbu yang sama. Ada dua contoh gerak rotasi, pertama tentang sumbu tetap dan kedua tentang sumbu tidak tetap. Contoh rotasi di sekitar sumbu tetap adalah kipas sedangkan untuk sumbu tidak tetap, bagian atas yang berputar adalah contoh yang sempurna. Di sini kita akan mempelajari rotasi pada sumbu tetap.

Kasus-kasus ini di mana titik sumbu tidak tetap misalnya gasing berputar, kita tahu bahwa pada titik vertikal putaran tetap. Titik vertikal di mana bagian atas dipasang ke tanah diambil sebagai sumbu rotasi. Ini menyiratkan bahwa dalam pengantar kami tentang dinamika rotasi, kami menganggap setiap benda tegar yang menunjukkan gerakan rotasi sebagai bergerak pada sumbu tetap.

Selanjutnya kita sampai pada kesimpulan bahwa gerak pada dasarnya ada dua jenis, translasi dan rotasi. Pergerakan benda tegar tidak tetap atau berputar menunjukkan gerak translasi sedangkan benda dengan sumbu tetap menunjukkan kombinasi gerak translasi dan rotasi.

Perbandingan Antara Gerak Translasi dan Rotasi

• Benda yang menunjukkan gerak translasi bergerak dengan kecepatan tetap. Benda yang menunjukkan gerak rotasi bergerak dengan kecepatan sudut. Kedua kecepatan ini konstan kecuali diubah secara eksternal.
• Pada gerak translasi, percepatan berbanding terbalik dengan massa dan berbanding lurus dengan gaya. Dalam gerak rotasi, gaya diganti dengan torsi. Percepatan, dalam hal ini, disebut sebagai percepatan sudut.

Ketika kita mempelajari gerak translasi, gaya yang diberikan pada partikel tertentu selalu menghasilkan hasil yang sama. Karena dalam gerak rotasi kita menganggap benda tegar daripada partikel, kita tidak dapat membuat pernyataan umum seperti itu tentang pengaruh gaya yang diberikan. Misalnya, jika gaya diterapkan ke pusat benda, itu tidak akan menyebabkan benda berputar. Namun, jika diterapkan pada tepi objek yang berputar, itu dapat memiliki efek yang cukup besar pada rotasi objek. Dengan mempertimbangkan aspek gerak rotasi ini, kita mendefinisikan torsi untuk menggambarkan secara umum pengaruh gaya terhadap gerak rotasi.

Gerak Rotasi dan Prinsip Kerja-Energi

Menurut prinsip kerja-energi, usaha total yang dilakukan oleh jumlah semua gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut.

Dalam gerak rotasi, konsep prinsip kerja-energi didasarkan pada torsi. Dinyatakan sebagai benda dikatakan dalam keadaan seimbang jika perpindahan dan rotasinya sama dengan nol kerja ketika diberikan gaya.

Pertimbangkan benda tegar sedemikian rupa sehingga adalah rotasi kecil yang dialami benda. Kemudian perpindahan linier diberikan sebagai Δr = rΔ𝛳. Ini tegak lurus dengan r.

Jadi, usaha yang dilakukan adalah

ΔW = F tegak lurus Δr

ΔW = F Δr sin 𝜙 

ΔW = Fr Δ𝛳 sin 𝜙 

ΔW = 𝜏Δ𝛳

Jika jumlah gaya yang bekerja diperbesar, maka usaha yang dilakukan diberikan sebagai

ΔW = (𝜏1 + 𝜏2 + ……) Δ𝛳

Tetapi kita tahu bahwa Δ𝛳 sama untuk semua gaya.

Oleh karena itu, usaha yang dilakukan akan menjadi nol, yaitu

𝜏1 + 𝜏2 + …… = 0

Oleh karena itu, prinsip kerja-energi untuk gerak rotasi terbukti.

Hubungan Antara Torsi, Momen Inersia, dan Percepatan Sudut

Dinamika rotasi dapat dipahami jika Anda pernah mendorong komidi putar. Kami mengamati bahwa perubahan dalam kecepatan sudut komidi putar dimungkinkan jika ada gaya yang diterapkan padanya. Contoh lain adalah putaran roda sepeda. Dengan bertambahnya gaya, percepatan sudut yang dihasilkan roda akan lebih besar. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa ada hubungan antara gaya, massa, kecepatan sudut, dan percepatan sudut.

Pertimbangkan roda sepeda. Misalkan F adalah gaya yang bekerja pada roda seperti percepatan sudut yang dihasilkan adalah . Misalkan r adalah jari-jari roda. Kita tahu bahwa gaya bekerja tegak lurus terhadap jari-jari. Kita juga tahu bahwa,

F = ma

Dimana a adalah percepatan = r𝛼

Karena itu,

F = mr𝛼

Kita telah belajar bahwa torsi adalah efek belok dari gaya. Karena itu,

𝜏 = Fr

rF = mr2𝛼

𝜏 = mr2𝛼

Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa persamaan terakhir adalah analog rotasi dari F = ma sehingga torsi adalah analog gaya, percepatan sudut adalah analog percepatan, dan inersia rotasi yaitu mr2 adalah analog dari massa. Inersia rotasi juga dikenal sebagai momen inersia.

Hubungan antara torsi, momen inersia, dan percepatan sudut adalah

net 𝜏 = I𝛼

𝛼 = net 𝜏/I

Dimana net 𝜏 adalah torsi total

Untuk dapat melangkah lebih jauh dan menyempurnakan teori-teori ini mari kita kerjakan bersama-sama Soal dan Pembahasan secara lengkap

Soal Dinamika Rotasi

Pertanyaan-pertanyaan

Apa itu Gerak Rotasi?

Gerak rotasi dapat didefinisikan sebagai gerak suatu benda di sekitar lintasan melingkar, dalam orbit tetap.

Apa saja contoh gerak rotasi terhadap sumbu tetap?

Perputaran kipas langit-langit, perputaran jarum menit dan jarum jam pada jam, serta membuka dan menutup pintu adalah beberapa contoh perputaran pada suatu titik tetap.

Apa saja contoh gerak rotasi terhadap sumbu rotasi?

Contoh terbaik dari rotasi terhadap sumbu rotasi adalah mendorong bola dari bidang miring. Bola mencapai dasar bidang miring melalui gerak translasi sedangkan gerak bola terjadi karena berputar pada sumbunya yang merupakan gerak rotasi.

Apakah momen inersia?

Momen inersia adalah ukuran resistensi benda terhadap perubahan rotasinya.

Apa itu Torsi?

Torsi adalah efek puntir dari gaya yang diterapkan pada benda yang berputar yang berada pada posisi r dari sumbu rotasinya.

Apakah torsi dan momen inersia serupa?

Tidak, torsi dan momen inersia tidak sama. Torsi tergantung pada besar dan arah gaya dan pada titik aplikasi. Sedangkan momen inersia bergantung pada massa dan sumbu rotasi.

Bagaimana Menentukan percepatan tangensial?

Percepatan tangensial, di didefinisikan sebagai percepatan linier suatu benda yang berputar sedemikian rupa sehingga percepatan linier tegak lurus terhadap percepatan radial. Satuan SI untuk percepatan tangensial adalah m/s2.

Apa perbedaan antara percepatan sudut dan percepatan tangensial?

Percepatan sudut dan percepatan tangensial sebagian besar waktu dianggap serupa, tetapi sebenarnya tidak. Percepatan sudut didefinisikan sebagai perubahan kecepatan sudut suatu benda dari waktu ke waktu sedangkan percepatan tangensial didefinisikan sebagai perubahan kecepatan linier suatu benda dari waktu ke waktu.

Apa perbedaan gerak translasi dan gerak rotasi?

Kecepatan suatu benda adalah konstan ketika benda bergerak di bawah gerak translasi sedangkan kecepatan sudut suatu benda bervariasi ketika benda bergerak di bawah gerak rotasi.

Dalam gerak translasi massa suatu benda dipertimbangkan sedangkan dalam gerak rotasi momen inersia suatu benda dipertimbangkan.

Tag:

contoh soal dinamika rotasi dan penyelesaiannya

dinamika rotasi pdf

contoh dinamika rotasi

kesimpulan dinamika rotasi

dinamika rotasi dan kesetimbangan benda tegar

materi dinamika rotasi - kelas 11 - kurikulum 2013

soal dinamika rotasi kelas 11

rumus dinamika rotasi

contoh soal dinamika rotasi

contoh soal dinamika rotasi momen gaya

contoh soal pilihan ganda dinamika rotasi dan penyelesaiannya

contoh soal dinamika rotasi dan kesetimbangan benda tegar

contoh soal dinamika rotasi katrol

soal dinamika rotasi pdf

contoh dinamika rotasi