Home PEMBAHASAN UN FISIKA Pembahasan Un Fisika Ihwal Momen Gaya Dan Inersia

Pembahasan Un Fisika Ihwal Momen Gaya Dan Inersia

by CerdaskanKita

– Momen Gaya (Torsi) dan Momen Inersia. Dalam pecahan dinamika gerak rotasi, momen gaya dan momen inersia merupakan dua subtopik yang paling umum dipelajari. Kedua besaran tersebut saling berhubungan. Momen gaya menyatakan besar gaya yang menjadikan benda berotasi lagikan momen inersia menyatakan ukuran kelembaman suatu benda untuk gerak rotasi. Dalam soal ujian nasional bidang study fisika biasanya ada satu atau lebih soal yang berafiliasi dengan momen gaya atau momen inersia. Pada hari ini ini, edutafsi akan membagikan pembahasan sedikit soal ujian nasional fisika perihal momen gaya dan momen inersia sebagai citra untuk ujian nasional fisika berikutnya.

Soal 1 : Menentukan Momen Gaya pada Bola

Sebuah bola pejal yang diameternya 20 cm berotasi dengan poros yang melalui sentra bola. Bola terdapat persamaan kecepatan sudut ω = (10 + 25t) rad/s, dengan t dalam sekon. Jika massa bola 4 kg, maka momen gaya yang bekerja pada bola tersebut merupakan ….
A. 0,32 Nm
B. 0,40 Nm
C. 0,65 Nm
D. 0,80 Nm
E. 1,60 Nm

Pembahasan :
Dik : d = 20 cm, R = 10 cm, ω = (10 + 25t) rad/s, m = 4 kg
Dit : τ = …. ?

Pada soal disebutkan persamaan kecepatan sudut benda. Secara umum, persamaan kecepatan sudut sanggup dinyatakan sebagai berikut:
⇒ ω = (ωo + α.t)

Dengan ω menyatakan kecepatan sudut benda sesudah t detik, ωo menyatakan kecepatan sudut mula-mula, α menyatakan percepatan sudut, dan t menyatakan waktu. Berdasarkan persamaan tersebut, maka sanggup kita lihat nilai percepatan sudutnya:
⇒ ω = (10 + 25t) = (ωo + α.t)

Dengan memakai konsep kesamaan, maka besar percepatan sudutnya merupakan 25 rad/s2. Dengan demikian besar momen gaya yang bekerja pada bola merupakan:
⇒ τ = I . α
⇒ τ = 2/5 m.R2 . α
⇒ τ = 2/5 (4) . (0,1)2 . (25)
⇒ τ = 0,4 Nm

Jadi, momen gaya yang bekerja pada bola tersebut merupakan 0,4 Nm.

Jawaban : B

Soal 2 : Menentukan Percepatan Tangensial Katrol

Sebuah katrol dari benda pejal dengan tali yang dililitkan pada sisi luarnya ditampilkan menyerupai gambar di bawah ini:

 momen gaya dan momen inersia merupakan dua subtopik yang paling umum dipelajari PEMBAHASAN UN FISIKA TENTANG MOMEN GAYA DAN INERSIA

Gesekan katrol dengan tali dan ukiran di sumbu putarnya diabaikan. Jika momen inersia katrol I = β, dan tali ditarik dengan gaya tetap F, maka kekerabatan yang sempurna untuk menyatakan percepatan tangensial katrol merupakan ….
A. α = F . R . β
B. α = F . R . β2
C. α = F . (R . β)-1
D. α = F . R (β)-1
E. α = (F . R)-1 . β

Baca Juga:   Pembahasan Soal Un Fisika Perihal Aturan Newton

Pembahasan :
Dik : I = β, F = F
Dit : α = …. ?

Momen gaya merupakan besaran yang menyatakan besar gaya yang bekerja pada sebuah benda sesampai kemudian benda berotasi lagikan momen inersia merupakan sebuah besaran yang menyatakan kecenderungan benda untuk mempertahankan kedudukan semoga tak berotasi. Hubungan antara momen gaya dan momen inersia dinyatakan dengan persamaan berikut:

τ = I .  α
F . d = I .  α

Keterangan :
τ = momen gaya atau torsi (Nm)
I = momen inersia benda ((kg m2)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
d = pajang lengan momen gaya (m)
α = percepatan tangensial.

Berdasarkan rumus di atas, maka diperoleh :
⇒ F . d  = I . α
⇒ F . R  = β . α
⇒ F . R = β. α
⇒ α = FR/β
⇒ α = F . R (β)-1

Penyelesaian ringkas :
⇒ F . R = β. α
⇒ α = FR/β
⇒ α = F . R (β)-1

Jadi, kekerabatan yang sempurna untuk menyatakan percepatan tangensial pada katrol tersebut merupakan α = F . R (β)-1.

Jawaban : D

Soal 3 : Menentukan Momen Gaya pada Batang

Sebuah batang yang sangat ringan, panjangnya 140 cm. Pada batang bekerja tiga gaya masing-masing F1 = 20 N, F2 = 10 N, dan F3 = 40 N dengan arah dan posisi menyerupai pada gambar di bawah ini.

 momen gaya dan momen inersia merupakan dua subtopik yang paling umum dipelajari PEMBAHASAN UN FISIKA TENTANG MOMEN GAYA DAN INERSIA

Besar momen gaya yang menjadikan batang berotasi pada sentra massanya merupakan ….
A. 40 Nm
B. 39 Nm
C. 28 Nm
D. 14 Nm
E. 3 Nm

Pembahasan : 
Dik : L = 140 cm = 1,4 m, F1 = 20 N, F2 = 10 N, dan F3 = 40 N
Dit : τ = …. ?

Jika pada suatu benda bekerja lebih dari satu gaya, maka momen gaya yang menjadikan benda tersebut berotasi merupakan resultan dari masing-masing momen gaya yang bekerja pada benda tersebut. Pada soal ini disebutkan bahwa terdapat tiga gaya yang bekerja pada batang.

Momen gaya total yang dialami benda :

τ = ∑ F d  = F1.d1 +  F2.d2 + ….. Fn.dn

Keterangan :
τ = momen gaya yang bekerja pada benda (Nm)
F1 = gaya pertama yang bekerja pada benda (Nm)
F2 = gaya kedua yang bekerja pada benda (N)
d1 = panjang lengan momen gaya pertama (m)
d2 = pajang lengan momen gaya kedua (m).

Untuk menuntaskan soal menyerupai ini, maka yang harus diperhatikan merupakan sumbu rotasi dan arah gaya yang bekerja. Pada soal ditanya momen gaya terhadap sentra massa. Pusat massa batang berada sempurna di tengah batang dan membagi batang mejadi dua pecahan yang sama panjang. Perhatikan gambar berikut ini.

 momen gaya dan momen inersia merupakan dua subtopik yang paling umum dipelajari PEMBAHASAN UN FISIKA TENTANG MOMEN GAYA DAN INERSIA

Selanjutnya kita tinjau panjang lengan momen atau jarak masing-masing gaya ke sumbu rotasi (pusat massanya). Pada gambar di atas telah diuraikan proses memilih panjang masing-masing lengan momen gaya. Setelah itu perhatikan juga arah dari masing-masing gaya. Jumlahkan momen gaya yang searah dan kurangkan dengan momen gaya yang berlawanan arah.

Baca Juga:   Pembahasan Soal Un Fisika Wacana Grafik Glbb

Gaya F1 dan F3 sama-sama menghasilkan momen gaya yang memutar batang ke arah kiri (searah jarum jam) lagikan gaya F2 menghasilkan momen gaya yang memutar batang ke arah kanan (berlawanan arah jarum jam). Dengan demikian, momen gaya yang bekerja terhadap sentra massa:
⇒ τ = F1.d1 +  F3.d3 − F2.d2
⇒ τ = 20(140/2 cm) + 40(140/2 cm) − 10(70 cm – 40 cm)
⇒ τ = 20(70 cm) + 40(70 cm) − 10(30 cm)
⇒ τ = 20(0,7 m) + 40(0,7 m ) − 10(0,3 m)
⇒ τ = 14 + 28 – 3
⇒ τ = 39 Nm

Penyelesaian ringkas :
⇒ τ = F1.d1 +  F3.d3 − F2.d2
⇒ τ = 20(0,7) + 40(0,7) − 10(0,3)
⇒ τ = 14 + 28 – 3
⇒ τ = 39 Nm

Jadi, momen gaya yang menjadikan batang berotasi pada sentra massanya merupakan 39 Nm.

Jawaban : B

Soal 4 : Menentukan Momen Gaya Terhadap Titik Tertentu

Sebuah batang yang diabaikan massanya dipengaruhi oleh tiga buah gaya yaitu FA, FB, dan FC. Diketahui FA = FC = 10 N dan FB = 20 N menyerupai pada gambar di bawah ini.

 momen gaya dan momen inersia merupakan dua subtopik yang paling umum dipelajari PEMBAHASAN UN FISIKA TENTANG MOMEN GAYA DAN INERSIA

Jika jarak AB = BC = 20 cm, maka besar momen gaya terhadap titik C merupakan ….
A. 0 Nm
B. 1 Nm
C. 4 Nm
D. 6 Nm
E. 8 Nm

Pembahasan :
Dik : FA = FC = 10 N, FB = 20 N, dAB = dBC = 20 cm
Dit : τ = …. ?

Soal ini sanggup diselesaikan dengan konsep yang sama menyerupai soal nomor tiga. Yang harus diperhatikan merupakan letak sumbu putarnya. Dalam soal ini sumbu rotasinya merupakan titik C. Nah, alasannya yakni gaya C bekerja sempurna di titik C, maka momen gaya oleh gaya tersebut sama dengan nol alasannya yakni jaraknya sama dengan nol (τ = F . d = F . 0 = 0).

Karena momen gaya oleh FC sama dengan nol, maka pada batang tersebut hanya ada dua gaya yang menghasilkan momen gaya, yaitu FA dan FB. Selanjutnya kita tinjau panjang lengan untuk kedua gaya tersebut. Berdasarkan gambar sanggup dilihat bahwa jarak A ke C merupakan 40 cm lagikan jarak B ke C merupakan 20 cm.

Dari gambar juga sanggup dilihat bahwa gaya FA dan FB bekerja dalam arah yang berlawanan. Dengan demikian, momen gaya terhadap titik C merupakan:
⇒ τ =  FB.dB − FA.dA
⇒ τ = 20(BC) − 10(AC)
⇒ τ = 20(20) − 10(40)
⇒ τ = 400 – 400
⇒ τ = 0

Baca Juga:   Pembahasan Soal Ujian Nasional Koordinat Titik Berat

Penyelesaian ringkas :
⇒ τ =  FB.dBC − FA.dAC
⇒ τ = 20(20) − 10(40)
⇒ τ = 0

Jadi, momen gaya terhadap titik C merupakan 0 Nm.

Jawaban : A

Soal 5 : Menentukan Momen Inersia Sistem

Tongkat penyambung tak bermassa sepanjang 4 m menghubungkan dua bola menyerupai terlihat pada gambar di bawah ini.

 momen gaya dan momen inersia merupakan dua subtopik yang paling umum dipelajari PEMBAHASAN UN FISIKA TENTANG MOMEN GAYA DAN INERSIA

Momen inersia sistem apabila diputar terhadap sumbu P yang berjarak 1 m di kanan bola A merupakan ….
A. 5 kgm2
B. 7 kgm2
C. 9 kgm2
D. 10 kgm2
E. 11 kgm2

Pembahasan :
Dik : mA = 2 kg, mB = 1 kg, rA = 1 m, rB = 3 m
Dit : I = ….. ?

Momen inersia merupakan besaran yang analog dengan massa untuk gerak rotasi. Jika massa mernyatakan tingkat kelembaman atau kecenderungan benda untuk mempertahankan posisinya, maka momen inersia merupakan kecenderungan benda untuk mempertahankan posisi semoga tak berotasi.

Untuk sistem benda berupa partikel yang biasa dilukis berupa bulat kecil ataupun titik, momen inersia sistem sama dengan jumlah total dari momen inersia benda-benda yang ada dalam sistem tersebut. Secara matematis sanggup ditentukan dengan rumus berikut ini:

I = ∑ m.r2 = m1.r12 + m2.r22 + … + mn.rn2

Keterangan :
I = momen inersia sistem (kg m2)
m1 = massa partikel pertama (kg)
r1 = jarak partikel pertama ke sumbu rotasi (m)
m2 = massa partikel kedua (kg)
r2 = jarak partikel kedua ke sumbu rotasi (m).

Karena pada soal tak disebutkan bolanya merupakan bola pejal atau bola tipis berongga, maka kita asumsikan bola tersebut sebagai benda partikel. Dengan memakai rumus momen inersia sistem partikel, maka diperoleh :
⇒ I = ∑ m.r2 
⇒ I = mA . rA2 + mB . rB2

Notasi rA menyatakan jarak antara benda A ke sumbu rotasi (dalam soal sumbu rotasinya merupakan titik P). Sedangkan notasi rB menyatakan jarak antara benda B ke titik P. Karena jarak AB merupakan 4 m dan jarak AP merupakan 1 m, maka :
⇒ rB = 4 – rA
⇒ rB = 4 – 1
⇒ rB = 3 m

Dengan demikian, momen inersia sistem merupakan:
⇒ I = 2(1)2 + 1(3)2
⇒ I = 2 + 9
⇒ I = 11 kg m2

Penyelesaian ringkas :
⇒ I = mA . rA2 + mB . rB2
⇒ I = 2(1)2 + 1(3)2
⇒ I = 11 kg m2

Jadi, momen inersia sistem terhadap titik P merupakan 11 kgm2.

Jawaban : E

Demikian pembahasan soal ujian nasional bidang study fisika perihal momen gaya dan momen inersia. Selain momen gaya, pada pembahasan selanjutnya juga ada soal UN Fisika perihal katrol yang melibatkan momen inersia dan torsi. Jika pembahasan soal UN Fisika ini bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share di bawah ini.

You may also like