▷ Keseimbangan kekuatan

Artikel ini menjelaskan apa itu keseimbangan gaya dan kapan suatu benda berada dalam keseimbangan. Anda juga akan belajar tentang keseimbangan momen dan keseimbangan kekuatan dan momen. Selain itu, Anda akan dapat melihat contohnya dan Anda akan dapat berlatih dengan latihan yang terselesaikan tentang keseimbangan kekuatan.

Keseimbangan kekuatan

Benda tegar berada dalam kesetimbangan gaya bila jumlah semua gaya yang bekerja padanya sama dengan nol. Dengan kata lain, suatu benda berada dalam keseimbangan gaya ketika gaya yang dihasilkan sama dengan nol.

$\somme \vv{F}=0$

➤ Lihat: Berapakah gaya yang dihasilkan?

Selanjutnya, jika benda tegar berada dalam kondisi kesetimbangan gaya, berarti benda tersebut tidak mengalami percepatan. Oleh karena itu, tubuh akan mempertahankan kecepatannya atau tidak bergerak jika dalam keadaan diam.

Harus diingat bahwa agar suatu benda berada dalam kesetimbangan translasi, jumlah gaya pada setiap arah harus nol (tiga arah jika kita bekerja di ruang angkasa dan dua arah jika kita bekerja di bidang).

$\somme \vv{F_x}=0$

$\somme \vv{F_y}=0$

$\somme \vv{F_z}=0$

Jika salah satu dari tiga kondisi sebelumnya tidak terpenuhi, benda tidak akan berada dalam keseimbangan gaya sehingga akan mengalami percepatan.

Keseimbangan sesaat

Benda tegar berada dalam kesetimbangan momen bila jumlah seluruh momen yang diterapkan padanya sama dengan nol. Dengan kata lain, suatu benda berada dalam kesetimbangan momentum ketika momentum yang dihasilkannya nol.

$\somme \vv{M}=0$

Jadi keseimbangan momen dianalogikan dengan keseimbangan gaya, tetapi jumlah ketiga sumbu rotasi harus nol, bukan ketiga sumbu memanjang.

$\somme \vv{M_x}=0$

$\somme \vv{M_y}=0$

$\somme \vv{M_z}=0$

Persamaan sebelumnya cukup tidak terpenuhi agar benda tegar tidak berada dalam kesetimbangan momen sehingga mempunyai percepatan rotasi, atau dengan kata lain benda akan mulai berputar dengan sendirinya (dia memulai dari keadaan diam) .

Keseimbangan kekuatan dan momen

Suatu benda tegar berada dalam keseimbangan gaya dan momen ketika resultan gaya dan momen resultan sama dengan nol , yaitu suatu benda berada dalam keseimbangan gaya dan momen ketika jumlah seluruh gaya dan seluruh momen sama dengan nol.

$\sum \vv{F}=0 \qquad \sum\vv{M}=0$

Logikanya, suatu benda hanya akan berada dalam kesetimbangan jika jumlah gaya dan momen pada semua sumbunya nol.

$\sum \vv{F_x}=0\qquad \sum \vv{M_x}=0$

$\sum \vv{F_y}=0\qquad \sum \vv{M_y}=0$

$\sum \vv{F_z}=0\qquad \sum \vv{M_z}=0$

Seperti yang kita lihat di atas, suatu benda tidak harus berada dalam keseimbangan gaya dan momen pada saat yang bersamaan, ia juga bisa hanya berada dalam keseimbangan gaya dan menunjukkan ketidakseimbangan momen atau sebaliknya.

Namun, jika suatu benda berada dalam keseimbangan gaya dan keseimbangan momen , maka benda tersebut dikatakan berada dalam keseimbangan .

Kondisi kesetimbangan digunakan untuk mencari nilai gaya yang diterapkan pada suatu benda, karena kondisi tersebut memungkinkan kita merumuskan persamaan dan dari persamaan tersebut kita dapat menyelesaikan gaya yang tidak diketahui. Misalnya, gaya normal biasanya dihitung dengan menyatakan persamaan keseimbangan vertikal.

contoh keseimbangan kekuasaan

Untuk memahami konsep ini sepenuhnya, mari kita lihat contoh umum sistem gaya-gaya yang seimbang.

Misalnya, suatu benda diam yang terletak di tanah berada dalam keseimbangan gaya, karena hanya gaya berat dan gaya normal yang bekerja padanya dan saling berlawanan. Oleh karena itu, jumlah gaya dan momen ke segala arah setara dengan nol.

Dalam hal ini benda juga berada dalam keseimbangan momen, karena tidak ada momen yang bekerja padanya.

Latihan keseimbangan kekuatan terpecahkan

Seperti terlihat pada gambar berikut, dua buah benda dihubungkan dengan tali dan katrol yang massanya dapat diabaikan. Jika benda 2 bermassa 7 kg dan kemiringan lerengnya 50º, hitunglah massa benda 1 sehingga seluruh sistem berada dalam kondisi setimbang. Dalam hal ini, gaya gesek dapat diabaikan.

Lihat solusinya

Benda 1 berada pada bidang miring, jadi hal pertama yang harus dilakukan adalah menguraikan gaya beratnya secara vektor agar memiliki gaya pada sumbu lereng:

$P_{1x}=P_1\cdot \text{sin}(\alpha)$

$P_{1y}=P_1\cdot \text{cos}(\alpha)$

Jadi, himpunan gaya yang bekerja pada keseluruhan sistem adalah:

Rumusan masalah menyatakan bahwa sistem gaya-gaya berada dalam keadaan setimbang, sehingga kedua benda harus berada dalam keadaan setimbang. Dari informasi ini kita dapat mengajukan persamaan kesetimbangan kedua benda:

$1\ \rightarrow \ \begin{cases}P_{1x}=T\\[2ex]P_{1y}=N\end{cases} \qquad\qquad 2 \ \rightarrow \ T=P_2[/latex ] Ainsi, la composante du poids de l'objet 1 incliné dans le sens de la pente doit être égale au poids de l'objet 2 : [latex]P_{1x}=P_2$