Pendahuluan:

Bagaimana gerakan rotasi suatu benda dimulai? Bagaimana kecepatan sudutnya berubah? Jika Anda memiliki kotak silinder dan ingin membuatnya berputar di sekitarnya, yang perlu Anda lakukan adalah melilitkan benang di sekitarnya dan menariknya dengan gaya, sehingga membuatnya berputar. Semakin besar gaya dengan yang Anda tarik benang, semakin cepat kecepatan rotasinya. Dalam kasus ini, dua gaya memengaruhi kotak: gaya gravitasi dan tegangan pada benang. Gaya gravitasi memengaruhi pusat kotak (Anda akan memahami alasannya nanti), sementara tegangan pada benang memengaruhi tepi luar kotak, dengan arah gaya tegangan tegak lurus terhadap garis yang menghubungkan pusat kotak dan titik di mana benang menyentuh permukaan kotak, menjauh darinya.

Elemen Artikel:

1. Dinamika Rotasi:

Seperti yang Anda pelajari, gaya yang bekerja pada massa titik mengubah kecepatan linier terarahnya, sedangkan untuk massa non-titik, seperti kotak silinder yang tetap, efek gaya mengubah kecepatan sudutnya yang terarah dengan cara tertentu. Pertimbangkan kasus membuka pintu yang tertutup; Anda memberikan gaya untuk membukanya, tetapi apa cara termudah membuka pintu? Kuncinya adalah untuk mendapatkan efek terbesar saat menerapkan gaya sesedikit mungkin. Untuk mencapai hal ini, titik di mana gaya diterapkan harus sejauh mungkin dari sumbu rotasi. Dalam kasus pintu, sumbu rotasi adalah vertikal, melewati engsel pintu. Titik aplikasi gaya adalah pegangan pintu, terletak di sisi luar pintu. Untuk memastikan efek gaya yang efektif, gaya diterapkan pada pegangan pintu (jauh dari engsel) dengan sudut tegak lurus terhadap pintu. Baik besaran dan arah gaya, serta jarak antara sumbu dan titik aplikasi gaya, menentukan perubahan kecepatan sudut, membentuk diagram vektor.

2. Lengan Gaya:

Saat menerapkan suatu gaya tertentu, perubahan kecepatan sudut terarahnya tergantung pada lengan gaya, yaitu jarak vertikal dari sumbu rotasi ke titik aplikasi gaya. Jika gaya tegak lurus terhadap radius rotasi, seperti pada kasus kotak silinder, lengan gaya sama dengan jarak dari sumbu, dan jika tidak tegak lurus, komponen vertikal gaya dianggap. Gaya yang diterapkan oleh benang di sekitar kotak tegak lurus terhadap radius kotak, dan jika gaya yang diterapkan tidak tegak lurus, magnitudo lengan gaya berkurang. Untuk menemukan lengan gaya, perpanjang vektor gaya hingga membentuk sudut siku dengan garis yang memanjang dari pusat rotasi, membuat jarak antara titik pertemuan dan sumbu lengan gaya. Dengan menggunakan trigonometri, panjang lengan gaya L dapat ditemukan dengan persamaan r sin θ =, di mana r adalah jarak antara sumbu rotasi dan titik aplikasi gaya, dan θ adalah sudut antara gaya yang diterapkan dan garis radial.

3. Torsi:

Abdul Rahman ingin memasuki pintu berputar yang diam dan menjelaskan bagaimana pintu mendorong untuk menghasilkan torsi dengan jumlah gaya yang diterapkan paling sedikit. Di mana seharusnya titik aplikasi gaya? Torsi mengukur kemampuan gaya menyebabkan rotasi, dan magnitudo torsi sama dengan hasil kali gaya dan panjang lengan gayanya. Karena gaya diukur dalam Newton dan jarak dalam meter, torsi diukur dalam Newton-meter (N.m) dan diwakili oleh huruf Latin τ. Ini diungkapkan oleh persamaan τ = Fr sin θ.

4. Menemukan Torsi Bersih:

Dalam eksperimen berikut, ambil dua penghapus pensil, koin logam, selotip transparan, dan pasangkan dua potongan koin identik di ujung satu pensil, biarkan seimbang di atas pensil lainnya, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 5-2. Setiap potongan koin memberikan torsi sebanding dengan bobotnya dan F dikalikan dengan jarak dari titik keseimbangan ke pusat koin, sesuai dengan τ = Fg r. Karena torsi memiliki magnitudo yang sama dan arah yang berlawanan, torsi bersihnya nol.

τ1 + τ2 = 0 atau Fg1 r1 – Fg2 r2 = 0

Sekarang, bagaimana cara membuat pensil berputar? Anda harus menambahkan potongan koin lain di atas salah satu potongan koin yang ada, membuat gaya berbeda. Anda juga dapat menggeser titik keseimbangan ke salah satu potongan koin, membuat jarak berbeda.

Kesimpulan:

1. Jelas bahwa gerakan rotasi tergantung pada beberapa faktor, termasuk gaya yang diterapkan dan lengan gaya. Gaya gravitasi dan tegangan pada benang dalam kasus kotak silinder berfungsi sebagai contoh gaya yang saling berinteraksi memengaruhi gerakan rotasi. Pada kasus massa yang tetap dan bukan titik, efek gaya pada kecepatan sudut berubah.

2. Kami memahami pentingnya lengan gaya dalam mengubah kecepatan sudut dan cara mengoptimalkan penggunaan gaya untuk efek terbesar dengan gaya terkecil. Artikel ini juga mengilustrasikan cara menemukan torsi bersih ketika beberapa gaya bekerja, dengan torsi bersih menjadi jumlah torsi.

3. Dalam eksperimen terakhir, dua penghapus pensil dan potongan koin digunakan untuk mengilustrasikan efek gaya yang berbeda pada torsi dan gerakan rotasi. Dengan memindahkan titik keseimbangan atau menambahkan potongan koin tambahan, torsi berubah, mengarah pada gerakan rotasi.

4. Pemahaman dinamika rotasi ini menunjukkan bagaim

ana kami dapat mengendalikan gerakan objek berputar dan meningkatkan efisiensi gaya yang diterapkan. Pengetahuan ini sangat berharga dalam berbagai bidang kehidupan, baik dalam desain rekayasa, penerbangan, atau pemahaman gerakan alami objek di alam semesta.

Bereksperimenlah sendiri dengan platform Vlaby Virtual Science Worker