Rotasi pada suatu sumbu atau titik dari berbagai benda adalah salah satu jenis gerak yang penting dalam teknologi dan alam, yang dipelajari dalam mata pelajaran fisika. Dinamika rotasi, berbeda dengan dinamika gerak linier, beroperasi dengan konsep momen dari satu atau beberapa besaran fisis lainnya. Artikel ini dikhususkan untuk pertanyaan tentang apa yang dimaksud dengan momen gaya.
Konsep momen gaya
Setiap pengendara sepeda setidaknya sekali dalam hidupnya memutar roda "kuda besi" dengan tangan. Jika tindakan yang dijelaskan dilakukan dengan memegang ban dengan tangan Anda, maka jauh lebih mudah untuk memutar roda daripada dengan memegang jari-jari lebih dekat ke sumbu rotasi. Tindakan sederhana ini dijelaskan dalam fisika sebagai momen gaya atau torsi.
Apa yang dimaksud dengan momen kekuatan? Anda dapat menjawab pertanyaan ini jika Anda membayangkan sebuah sistem yang dapat berputar mengelilingi sumbu O. Jika pada suatu titik P vektor gaya F¯ diterapkan pada sistem, maka momen gaya yang bekerja F¯ akan sama dengan:
M¯=[OP¯F¯].
Artinya, momen M¯ adalah besaran vektor yang sama dengan hasil kali gaya vektor F¯ dan vektor radius OP¯.
Rumus tertulis memungkinkan kita untuk mencatat fakta penting: jika gaya eksternal F¯ diterapkan pada sudut mana pun ke titik mana pun dari sumbu rotasi, maka itu tidak menciptakan momen.
Nilai mutlak momen gaya
Pada paragraf sebelumnya, kami mempertimbangkan definisi momen gaya terhadap sumbu. Sekarang mari kita lihat gambar di bawah ini.
Ini adalah batang dengan panjang L. Di satu sisi, dipasang melalui sambungan berengsel pada dinding vertikal. Ujung batang yang lain bebas. Sebuah gaya F¯ bekerja pada ujung ini. Sudut antara batang dan vektor gaya juga diketahui. Sama dengan.
Torsi ditentukan melalui produk vektor. Modulus dari produk semacam itu sama dengan produk dari nilai absolut vektor dan sinus sudut di antara mereka. Menerapkan rumus trigonometri, kita sampai pada persamaan berikut:
M=LFsin(φ).
Mengacu lagi pada gambar di atas, persamaan ini dapat kita tulis ulang dalam bentuk berikut:
M=dF, di mana d=Lsin(φ).
Nilai d, yang sama dengan jarak dari vektor gaya ke sumbu rotasi, disebut tuas gaya. Semakin besar nilai d, semakin besar momen yang akan dibuat oleh gaya F.
Arah momen gaya dan tandanya
Mempelajari pertanyaan tentang apamomen gaya tidak dapat lengkap kecuali sifat vektornya dipertimbangkan. Mengingat sifat-sifat perkalian silang, kita dapat mengatakan dengan yakin bahwa momen gaya akan tegak lurus terhadap bidang yang dibangun di atas vektor pengali.
Arah spesifik M¯ ditentukan secara unik dengan menerapkan apa yang disebut aturan gimlet. Kedengarannya sederhana: dengan memutar gimlet ke arah gerakan melingkar sistem, arah momen gaya ditentukan oleh gerakan translasi gimlet.
Jika Anda melihat sistem yang berputar sepanjang sumbunya, maka vektor momen gaya yang diterapkan pada suatu titik dapat diarahkan baik ke arah pembaca maupun menjauhinya. Dalam hal ini, dalam perhitungan kuantitatif, konsep momen positif atau negatif digunakan. Dalam fisika, biasanya dianggap momen gaya positif yang mengarah pada rotasi sistem berlawanan arah jarum jam.
Apa arti dari M¯?
Arti arti fisik. Memang, dalam mekanika gerak linier, diketahui bahwa gaya adalah ukuran kemampuan untuk memberikan percepatan linier pada suatu benda. Dengan analogi, momen gaya suatu titik adalah ukuran kemampuan untuk mengkomunikasikan percepatan sudut sistem. Momen gaya adalah penyebab percepatan sudut dan berbanding lurus dengan itu.
Berbagai kemungkinan melakukan putaran atau belokan mudah dipahami jika Anda ingat bahwa pintu lebih mudah terbuka jika didorong menjauh dari engsel pintu, yaitu di area pegangan. Contoh lain: benda yang kurang lebih berat lebih mudah dipegang jika Anda menekan tangan ke tubuh daripada memegangnya sejauh lengan. Akhirnya, membuka mur lebih mudah jika Anda menggunakan kunci pas panjang. Pada contoh di atas, momen gaya diubah dengan mengurangi atau menaikkan tuas gaya.
Di sini tepat untuk memberikan analogi yang bersifat filosofis, mengambil contoh buku karya Eckhart Tolle "The Power of the Now". Buku ini termasuk dalam genre psikologis dan mengajarkan Anda untuk hidup tanpa stres pada saat hidup Anda. Hanya momen saat ini yang memiliki makna, hanya selama itu semua tindakan dilakukan. Mempertimbangkan gagasan bernama buku "The Force of the Moment Now" dapat dikatakan bahwa torsi dalam fisika mempercepat atau memperlambat rotasi pada momen waktu saat ini. Oleh karena itu, persamaan momen utama memiliki bentuk sebagai berikut:
dL=Mdt.
Di mana dL adalah perubahan momentum sudut selama interval waktu yang sangat kecil dt.
Pentingnya konsep momen gaya untuk statika
Banyak orang yang akrab dengan tugas-tugas yang melibatkan berbagai jenis leverage. Di hampir semua masalah statika ini, diperlukan untuk menemukan kondisi kesetimbangan sistem. Cara termudah untuk menemukan kondisi ini adalah dengan menggunakan konsep momen gaya.
Jika sistem tidak bergerak dan berada dalam kesetimbangan, maka jumlah semua momen gaya terhadap sumbu, titik, atau tumpuan yang dipilih harus sama dengan nol, yaitu:
∑i=1Mi¯=0.
Di mana n adalah jumlah gaya yang bekerja.
Ingat bahwa nilai mutlak momen Mi harus disubstitusikan ke dalam persamaan di atas denganmempertimbangkan tanda mereka. Gaya reaksi penyangga, yang dianggap sebagai sumbu rotasi, tidak menghasilkan torsi. Di bawah ini adalah video yang menjelaskan topik paragraf artikel ini.
Momen gaya dan usahanya
Banyak pembaca telah memperhatikan bahwa momen gaya dihitung dalam newton per meter. Artinya memiliki dimensi yang sama dengan usaha atau energi dalam fisika. Namun, konsep momen gaya adalah besaran vektor, bukan skalar, sehingga momen M¯ tidak dapat dianggap sebagai usaha. Namun, dia dapat melakukan pekerjaan, yang dihitung dengan rumus berikut:
A=Mθ.
Di mana adalah sudut pusat dalam radian bahwa sistem telah berotasi dalam waktu yang diketahui t.
