Artikel ini menjelaskan apa itu kondisi keseimbangan kedua dan apa saja isinya. Anda juga akan menemukan contoh nyata dari kondisi keseimbangan kedua dan, akhirnya, Anda akan dapat berlatih dengan latihan yang diselesaikan selangkah demi selangkah.
Apa kondisi keseimbangan kedua?
Dalam fisika, syarat kesetimbangan kedua adalah aturan yang menyatakan bahwa suatu benda berada dalam kesetimbangan rotasi jika jumlah momen yang diterapkan padanya sama dengan nol.
Oleh karena itu, kondisi kesetimbangan kedua terpenuhi bila momen yang dihasilkan sama dengan nol. Secara matematis, kondisi keseimbangan kedua dinyatakan dengan rumus berikut:
Perhatikan bahwa momen harus dijumlahkan secara vektor, karena momen yang bekerja pada sumbu berbeda tidak dapat dijumlahkan. Kondisi ini tidak menjadi masalah jika bekerja dengan gaya koplanar (dua dimensi) karena momen selalu searah, namun harus diwaspadai ketika bekerja dalam tiga dimensi.
Ingatlah bahwa momen (atau torsi) suatu gaya pada suatu titik dihitung dengan mengalikan nilai gaya dengan jarak tegak lurus gaya dari titik tersebut.
Kemudian, untuk memenuhi persamaan kondisi kesetimbangan kedua, benda harus mempunyai percepatan sudut nol, atau dengan kata lain benda dalam keadaan tersebut tidak berputar (dalam keadaan diam) atau berputar dengan kecepatan sudut konstan.
Dengan demikian, kita dapat membedakan jenis-jenis keseimbangan rotasi:
- Kesetimbangan rotasi statis : ketika jumlah momen adalah nol dan kecepatan sudut benda adalah nol.
- Kesetimbangan rotasi dinamis : ketika jumlah momen sama dengan nol dan kecepatan sudut benda konstan (berbeda dari nol).
Contoh kondisi keseimbangan kedua
Mengingat pengertian kondisi keseimbangan yang kedua, sekarang kita akan melihat beberapa contoh dari kehidupan sehari-hari untuk menyelesaikan pemahaman konsep tersebut.
Contoh umum dari kondisi keseimbangan kedua adalah skala. Ketika sistem stabil, lengan keseimbangan berhenti berputar sehingga jumlah momennya nol dan sistem berada dalam kesetimbangan rotasi.
Contoh nyata lainnya adalah Bumi. Planet terus berputar pada porosnya, namun dianggap berputar dengan kecepatan sudut konstan, sehingga memenuhi syarat kesetimbangan kedua.
Terakhir, ketika kita menggantungkan suatu benda dari langit-langit dan menahannya dalam keadaan diam, benda tersebut memenuhi syarat kesetimbangan kedua dan syarat kesetimbangan pertama, karena berada dalam kesetimbangan translasi dan kesetimbangan translasi. rotasi.
Jika Anda belum memahami dengan jelas apa saja syarat keseimbangan yang pertama, Anda dapat membaca artikel berikut ini yang dijelaskan secara detail:
Latihan terpecahkan dari kondisi keseimbangan kedua
Latihan 1
Hitunglah momen yang harus ditimbulkan oleh tumpuan balok berikut agar balok tersebut berada dalam kesetimbangan rotasi:
Agar balok berada dalam kesetimbangan rotasi dan syarat kesetimbangan kedua terpenuhi, tumpuan harus melawan momen puntir yang dihasilkan oleh gaya tersebut, sehingga jumlah momen akan menjadi nol.
Oleh karena itu kita menghitung momen (atau torsi) yang dihasilkan oleh gaya pada tingkat tumpuan:
Dan sekarang kami mengusulkan persamaan momen kesetimbangan:
Momen yang menghasilkan gaya lewat di dalam layar, sehingga tandanya negatif:
Dan akhirnya, kita menyelesaikan hal yang tidak diketahui dalam persamaan:
Denyut nadi yang diperoleh bertanda positif, sehingga arahnya mengarah ke luar layar.
Latihan 2
Seperti terlihat pada gambar berikut, sebuah batang mendatar yang panjangnya 10 m menopang sebuah benda yang massanya 8 kg. Mengetahui jarak antara tumpuan dan benda yang digantung, berapakah besar gaya yang dilakukan oleh tumpuan jika sistem berada dalam keadaan seimbang rotasi dan translasi?
Pertama, kita menggunakan rumus gaya gravitasi untuk menghitung berat yang harus ditopang oleh batang horizontal:
Oleh karena itu, diagram benda bebas sistem adalah:
Rumusan masalah menyatakan bahwa sistem berada dalam keseimbangan gaya-gaya, sehingga jumlah semua gaya-gaya ini haruslah nol. Dengan menggunakan kondisi kesetimbangan ini, kita dapat merumuskan persamaan berikut:
Di sisi lain, pernyataan tersebut juga menyatakan bahwa sistem berada dalam kesetimbangan momentum. Jadi jika kita mempertimbangkan jumlah momen di titik mana pun dalam sistem, hasilnya pasti nol, dan jika kita mengambil titik acuan salah satu dari dua tumpuan, kita akan mendapatkan persamaan dengan hanya satu yang tidak diketahui:
Sekarang kita dapat menghitung gaya yang diberikan oleh tumpuan B dengan menyelesaikan persamaan yang tidak diketahui:
Dan terakhir, kita dapat mengetahui intensitas gaya yang diterapkan pada tumpuan lain dengan mensubstitusikan nilai yang diperoleh ke dalam persamaan gaya vertikal tinggi:
