Keseimbangan Benda Tegar Dan Hukum Kekekalan Momentum Sudut

Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami perubahan bentuk akibat pengaruh gaya atau momen gaya. Sebenarnya benda tegar hanyalah suatu model idealisasi. Karena pada dasarnya semua benda akan mengalami perubahan bentuk apabila dipengaruhi oleh suatu gaya atau momen gaya. Namun, karena perubahannya sangat kecil, pengaruhnya terhadap keseimbangan statis dapat diabaikan.

Apabila partikel hanya mengalami gerak translasi, maka benda tegar mengalami gerak translasi dan gerak rotasi. Benda tegar mengalami keseimbangan translasi jika resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol. Benda tersebut tidak mengalami kecepatan sudut (ω = 0), melainkan hanya bergerak dengan kecepatan tetap v.

Benda yang mengalami keseimbangan rotasi memiliki resultan momen gaya (torsi) sama dengan nol, kecepatan sudut konstan, dan percepatanm sudutnya sama dengan nol. Agar suatu benda tegar berada dalam keadaan seimbang, diperlukan dua syarat, yaitu resultan gaya dan resultan momen gaya terhadap suatu titik sembarang sama dengan nol. Jika gaya-gaya bekerja pada bidang XY, maka syarat keseimbangan benda tegar adalah ΣF_x = 0 atau ΣF_y = 0  dan   Στ = 0 .

Pernahkah kita mengamati seorang pelompat indah atau pemain akrobat beraksi? Pada waktu berputar di udara, pelompat indah atau pemain akrobat menekuk kakinya sampai berimpit degan badanyan. Apa maksud dan tujuan mereka melakukan itu? Ingat, pada peristiwa tumbukan antara dua buah benda, berlaku hukum kekekalan momentum. Apabila tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, maka momentum sistem bersifat kekal. Sebaliknya, jika pada sistem dikenai gaya luar, maka momentum akan berubah. Besar perubahan momentum benda sama dengan impuls benda, yaitu hasil kali antara gaya dan selang waktu ( F x Δt = Δp ).

kita ketahui bahwa persamaan momen gaya dapat ditulis   τ = I x α .

Persamaan ini juga dapat ditulis τ = = . JIka tidak ada momen gaya luar yang bekerja pada sistem (Στ = 0), maka momentum sudut L akan konstan. Artinya, momentum sudut adalah kekal atau tetap. Hal inilah yang disebut hukum kekekalan momentum sudut. Hukum kekekalan momentum sudut berbunyi “Jika tidak ada gaya yang memengaruhi pada sistem, momentum sudut sistem adalah tetap”. Hukum tersebut dapat diartikan bahwa momentum sudut sebelum dan sesudah peristiwa adalah tetap.

L = L’     atau     I ω = I’ ω’

Aplikasi Hukum Kekekalan Momentum Sudut

Contoh aplikasi hukum kekekalan momentum sudut adalah gerak pelompat indah, gerak penari balet, dan gerak akrobat.

Peloncat Indah

Pada saat peloncat indah hendak melakukan putaran di udara, ia akan menekuk tubuhnya.

Hal ini untuk mengurangi momen inersianya, sehingga kercepatan sudutnya menjadi lebih besar. Pada tahap akhir loncatan, peloncat meluruskan lagi tubuhnya, meningkatkan momen inersianya sehingga secara otomatis memperkecil kecepatan sudutnya. Hal ini menyebabkan peloncat dapat masuk ke dalam air lebih halus tanpa terdengan suara percikan air yang keras.

Penari Balet

Seorang penari balet akan menarik tangannya ke dekat badannya untuk berputar lebih cepat dan mengembangkan kedua tangannya untuk berputar lebih lambat.

Ketika penari menarik kedua tangannya ke dekat badannya, momen inersia sistem berkurang sehingga kecepatan sudut penari makin besar. Sebaliknya ketika kedua tangannya mengembang, inersia sistem meningkat sehingga kecepatan sudut penari makin kecil.

Pemain Akrobat

Seorang pemain akrobat yang melakukan gerak berputar di udara menekuk kedua kakinya sampai berimpit dengan badan. Hal ini mengakibatkan momen inersia badan pemain menjadi lebih kecil.

Menurut hukum kekekalan momentum sudut, momentum sebelum dan sesudah peristiwa adalah tetap. Akibatnya, dengan mengecilnya momen inersia, kecepatan sudutnya menjadi lebih besar. Dengan lebih besarnya kecepatan sudut, jumlah putarannya akan menjadi lebih banyak. Hal ini mengurangi beban yang harus di tanggung kakinya saat mendarat.