MOMEN GAYA DAN MOMEN INERSIA

A. Latihan Soal

1. Sebuah batang homogen bermassa 3 kg dan panjang 40 cm, diberi beban 2 kg pada salah satu ujungnya dan ujung lainnya sebagai tumpu. Jika F sebesar 280 N mengarah ke atas bekerja pada jarak 5 cm dari titik tumpu, maka hitunglah momen gayanya
2. Jika poros perputaran oleh gaya-gaya yang bekerja berada pada titik pusat persegi, maka hitunglah momen gaya total
3. Bola bermassa 100 gram dihubungkan dengan seutas tali yang panjangnya 30 cm seperti pada gambar. Momen inersia bola terhadap sumbu AB adalah…
4. Massa bola m₁ adalah 100 gram dan massa bola m₂ adalah 200 gram. Kedua bola dihubungkan dengan kawat yang mempunyai panjang 60 cm dan massanya diabaikan. Sumbu AB terletak di tengah-tengah kawat. Momen inersia sistem kedua bola terhadap sumbu AB adalah…
5. massa masing-masing bola adalah 100 gram, dihubungkan dengan kawat yang massanya diabaikan. Panjang kawat adalah 60 cm dan lebar kawat adalah 30 cm. Tentukan momen inersia sistem bola terhadap sumbu AB…

B. Pembahasan Soal

Pembahasan No.1

gaya-gaya yang bekerja akan seperti di bawah ini.

Dari gambar di atas terlihat bahwa torsi akibat gaya berat searah dengan jarum jam sedangkan torsi akibat gaya ke atas berlawan dengan arah jarum jam sehinga momen gaya total adalah :

∑τ = 20 (0,4) + 30 (0,2) − 280 (0,05)
⇒ ∑τ = 8 + 6 − 14
⇒ ∑τ = 14 − 14
⇒ ∑τ = 0.

Pembahasan No.2

Gaya yang sudah memenuhi syarat yaitu tegak lurus dengan lengan gayanya adalah F2 dan F3. F1 jelas tidak memenuhi syarat dan torsinya sama dengan nol. Sedangkan F4 harus diproyeksikan terlebih dahulu menjadi F4x dan F4y sebagai berikut

Dari gambar jelas terlihat bahwa F4x dan F4y memenuhi syarat yaitu tegak lurus dengan lengannya. Jika R2 adalah lengan F2, R3 adalah lengan F3, R4x adalah lengan F4x dan R4y adalah lengan F4y, maka resultan torsinya adalah :

∑τ = τ2 + τ3 + τ4x − τ4y
⇒ ∑τ = 20 (0,1) + 10 (0,2) + F4 cos 45^o (0,1) − F4 sin 45^o (0,2)
⇒ ∑τ = 2 + 2 + 40√2 (½√2) (0,1) − 40√2 (½√2) (0,2)
⇒ ∑τ = 4 + 4 − 8
⇒ ∑τ = 0.

Pembahasan No.3

Diketahui :
Massa bola 1 (m1) = 100 gram = 100/1000 = 0,1 kilogram
Jarak bola 1 dari sumbu rotasi (r1) = 30 cm = 30/100 = 0,3 meter
Massa bola 2 (m2) = 200 gram = 200/1000 = 0,2 kilogram
Jarak bola 2 dari sumbu rotasi (r2) = 30 cm = 30/100 = 0,3 meter
Ditanya : Momen inersia sistem kedua bola

Jawab :
I = m1 r12 + m2 r22
I = (0,1 kg)(0,3 m)2 + (0,2 kg)(0,3 m)2
I = (0,1 kg)(0,09 m2) + (0,2 kg)(0,09 m2)
I = 0,009 kg m2 + 0,018 kg m2
I = 0,027 kg m2

Pembahasan No.4

Diketahui :
Massa bola 1 (m1) = 200 gram = 200/1000 = 0,2 kilogram
Jarak bola 1 dari sumbu rotasi (r1) = 60 cm = 60/100 = 0,6 meter
Massa bola 2 (m2) = 100 gram = 100/1000 = 0,1 kilogram
Jarak bola 2 dari sumbu rotasi (r2) = 0 meter
Ditanya : Momen inersia sistem kedua bola
Jawab :
I = m1 r12 + m2 r22
I = (0,2 kg)(0,6 m)2 + (0,2 kg)(0)2
I = (0,2 kg)(0,36 m2) + 0
I = 0,072 kg m2

Pembahasan No.5

Diketahui :
Massa bola 1 (m1) = m2 = m3 = m4 = 100 gram = 100/1000 = 0,1 kilogram
Jarak bola 1 dari sumbu rotasi (r1) = 30 cm = 30/100 = 0,3 meter
Jarak bola 2 dari sumbu rotasi (r2) = 30 cm = 30/100 = 0,3 meter
Jarak bola 3 dari sumbu rotasi (r3) = 30 cm = 30/100 = 0,3 meter
Jarak bola 4 dari sumbu rotasi (r4) = 30 cm = 30/100 = 0,3 meter
Ditanya : Momen inersia sistem bola
Jawab :
I = m1 r12 + m2 r22 + m3 r32 + m4 r42
I = (0,1 kg)(0,3 m)2 + (0,1 kg)(0,3 m)2 + (0,1 kg)(0,3 m)2 + (0,1 kg)(0,3 m)2
I = (0,1 kg)(0,09 m2) + (0,1 kg)(0,09 m2) + (0,1 kg)(0,09 m2) + (0,1 kg)(0,09 m2)
I = 0,036 kg m2