Momen Gaya

Momen Gaya

Pada gerak rotasi, sebuah benda hanya dapat berubah geraknya dari diam menjadi berputar jika pada benda itu diterapkan sebuah gaya. Perubahan gerak pada gerak rotasi berupa perubahan kecepatan sudut. Perubahan gerak rotasi terjadi karena adanya “gaya pemutar” yang disebut dengan momen gaya (torsi).

Seperti yang telah jelaskan di atas, bahwa untuk membuat sebuah benda mulai berotasi sekitar sumbu, jelas diperlukan gaya. Tetapi arah gaya ini, dan dimana diberikannya merupakan hal yang penting. Pada Gambar 1 menunjukkan sebuah pintu yang dilihat dari atas. Jika gaya F₁ dan gaya F₂ diberikan tegak lurus terhadap pintu, maka makin besar nilai F₁ makin cepat pula pintu terbuka (diasumsikan jika gesekan pada engsel diabaikan). Jika diasumsikan F₂ = F₁, tetapi jaraknya lebih dekat ke engsel, maka pintu tidak terbuka sedemikian cepat karena efek gaya lebih kecil.

Legan gaya didefinisikan sebagai jarak tegak lurus sumbu rotasi ke garis kerja gaya, yaitu jarak yang tegak lurus terhadap sumbu rotasi dan garis imajiner yang ditarik sepanjang arah gaya. Jelas bahwa gaya yang diberikan dengan suatu sudut seperti F₃  (Gambar 2) akan lebih tidak efektif daripada gaya dengan besar yang sama yang diberikan lurus seperti F₁ (Gambar 2.a). Jika ujung pintu didorong sedemikian rupa sehingga gaya diarahkan pada engsel (sumbu rotasi), sebagaimana ditunjukkan oleh gaya F₄, maka pintu tidak akan berotasi sama sekali.

Lengan gaya untuk gaya F₃ ditemukan dengan cara menarik garis sepanjang arah gaya F₃ (garis kerja F3). Kemudian garis lain digambarkan tegak lurus terhadapnya, dan menuju sumbu. Panjang garis kedua ini merupakan lengan gaya untuk F₃ dan disebut sebagai r₃ (Gambar 2.b). Lengan gaya tegak lurus terhadap garis kerja gaya dan di ujung yang lainnya tegak lurus terhadap sumbu rotasi.

Besar torsi didefinisikan sebagai hasil kali gaya dengan lengan gaya. Jika r₁  adalah lengan gaya dan tanda tegak lurus (⊥) mengingatkan bahwa kita harus menggunakan jarak dari sumbu rotasi yang tegak lurus terhadap garis kerja gaya (Gambar 3.a). Maka secara umum torsi dapat dituliskan :

τ = r_⊥F

Cara yang lain tetapi ekivalen untuk menentukan torsi yang berhubungan dengan gaya adalah dengan menguraikan gaya menjadi komponen-komponen paralel dan tegak lurus terhadap garis yang menghubungkan titik kerja gaya dengan sumbu (Gambar 3.b).

Komponen F_II  tidak memberikan torsi karena diarahkan ke sumbu rotasi (lengan momennya adalah nol). Dengan demikian torsi akan sama dengan F_⊥  dikalikan jarak r dari sumbu ke titik dimana gaya dinerikan :

τ = rF_⊥

Dapat dilikat dari kenyataan bahwa F_⊥ = F sin θ  dan r₁ = sin θ (dimana θ adalah sudut antara arah F dan r). Jadi rumus di atas dapat dinyatakan sebagai :

τ = rF sin θ

Semoga uraian singkat materi tentang momen gaya diatas mudah dipahami.