Dinamika Rotasi: Momen Gaya, Momen Inersia, dan Momentum Sudut

Ketika mengendarai sepeda, pasti Sobat Pijar pernah mengalami saat-saat ketika harus belok atau menjaga keseimbangan sepeda. Hal tersebut ternyata berdampak pada bagaimana roda sepeda berputar dengan melibatkan momen gaya dan momen inersia, lho. 

Semua konsep ini akan dibahas dalam pelajaran tentang dinamika rotasi kelas 11. Yuk, baca artikel ini hingga selesai!

Baca juga: Vektor Fisika: Pengertian, Besaran, Resultan, Penjumlahan, dan Contoh Soalnya

Pengertian Dinamika Rotasi

Dinamika rotasi adalah bagian dari Fisika yang mempelajari gerakan benda yang berputar. Di sini, kita berfokus pada momen gaya sebagai penyebab utamanya. 

Momen gaya, juga disebut sebagai torsi, berperan dalam mengubah seberapa cepat suatu benda berputar. Rotasi terjadi ketika seluruh bagian dari benda bergerak sekitar titik pusat di dalamnya, seperti poros atau sumbu rotasi, yang berada di dalam benda tersebut

Dinamika Rotasi Benda Tegar

Momen Gaya

Momen gaya (disebut juga torsi), adalah gaya yang membuat suatu benda tegar berputar sekitar poros tertentu. Konsep torsi pertama kali diperkenalkan oleh seorang teknisi bernama J. Thomson.

Momen gaya dipengaruhi oleh dua variabel utama yaitu variabel besarnya gaya dan panjang lengan.

Besarnya gaya ($F$) mengacu pada kekuatan yang diterapkan pada benda atau sistem yang mengalami rotasi. Gaya diukur dalam satuan Newton ($N$).

Sedangkan panjang lengan ($r$) merujuk pada jarak dari titik di mana gaya diterapkan ke poros rotasi. Panjang lengan diukur dalam satuan meter ($m$).

Berikut adalah rumus dasar untuk menghitung torsi:

$\tau = F.r$

Di mana : 

$\tau$ : momen torsi ($Nm$)

$F$ : gaya ($N$)

$r$ : jarak gaya terhadap poros ($m$)

Momen Inersia

Momen inersia adalah besaran fisika yang menggambarkan sejauh mana suatu benda atau sistem benda cenderung untuk tetap pada keadaan diam atau bergerak rotasi sekitar sumbu tertentu. Ini juga dikenal sebagai ketidakmauan benda untuk berubah dalam gerak rotasi.

Satuan momen inersia adalah kilogram meter persegi ($kg.m^2$).

Faktor yang mempengaruhi momen inersia adalah:

1. Distribusi massa benda atau sistem benda terhadap sumbu rotasi akan mempengaruhi momen inersia. Semakin massa terdistribusi lebih jauh dari sumbu rotasi, semakin besar momen inersia.
2. Bentuk geometris benda juga berperan penting. Benda dengan bentuk yang lebih merata atau simetris cenderung memiliki momen inersia yang lebih kecil daripada benda dengan bentuk yang lebih tidak simetris.
3. Jarak ($r$) dari partikel benda ke sumbu rotasi memiliki pengaruh langsung pada momen inersia. Semakin jauh partikel dari sumbu rotasi, semakin besar kontribusi mereka terhadap momen inersia total.

Rumus Momen Inersia : 

$I = m.R$

Keterangan : 

$I$ : momen inersia ($kg.m^2$)

$m$ : massa benda ($kg$)

$R$ : jari-jari ($m$)

Momentum Sudut

Momentum sudut benda tegar adalah besaran fisika yang mengukur jumlah pergerakan rotasi atau "putaran" yang dimiliki oleh suatu benda tegar. Momentum sudut didefinisikan sebagai hasil perkalian momen inersia ($I$) dan kecepatan sudut ($ω$) benda tersebut.

Rumus momentum sudut (L) adalah:

$L = I.ω$

Keterangan:

$L$ adalah momentum sudut dalam satuan kilogram meter persegi per detik ($kg.m^2/s$).

$I$ adalah momen inersia dalam satuan kilogram meter persegi ($kg.m^2$).

$ω$ adalah kecepatan sudut dalam satuan radian per detik (r$rad/s$).

Satuan momentum sudut adalah kilogram meter persegi per detik ($kg.m^2/s$).

Contoh Soal Dinamika Rotasi

Berikut ini beberapa contoh soal dinamika rotasi dan penyelesaiannya kelas 11, yaitu : 

Soal 1

Sebuah roda berputar dengan kecepatan sudut 4 $rad/s$. Momen inersia roda tersebut adalah $0,5 kg.m^2$. Hitunglah momentum sudut roda tersebut!

Jawaban :

Menggunakan rumus momentum sudut $L = I.ω$, kita dapat menghitung:

$L = 0,5.4 = 2kg.m^2/s$

Jadi, momentum sudut roda tersebut adalah $2 kg.m^2/s$

Soal 2 

Sebuah benda memiliki massa $5 kg$ dan berputar mengelilingi sebuah sumbu rotasi dengan jarak $2m$. Hitunglah momen inersia benda tersebut!

Jawaban :

Menggunakan rumus $I = m.R$, kita dapat menghitung:

$I = 5.2=10kg.m^2$

Jadi, momen inersia benda tersebut adalah $10 kg.m^2$.

Soal 3 

Sebuah roda berputar dengan kecepatan sudut $8 rad/s$. Momen inersia roda tersebut adalah $0.6kg.m^2$. Hitunglah momentum sudut roda tersebut!

Jawaban : 

$L = I.\omega$

$L = 0,6 \times 8 = 4,8kg.m^2/s$

Jadi, momentum sudut roda tersebut adalah $4.8 kg·m²/s.$

_____________________

Baca juga: Ruang Lingkup Ilmu Fisika

Dengan pemahaman yang kuat tentang momen inersia, momentum sudut, dan torsi, semoga Sobat Pijar dapat lebih baik memahami fenomena-fenomena sehari-hari yang melibatkan gerakan rotasi. Teruslah belajar dan eksplorasi dunia fisika ini, karena pengetahuanmu akan terus berkembang. Selamat belajar!

Ingin belajar materi Dinamika Rotasi lebih dalam lagi? Belajar mandiri dengan aplikasi Pijar Belajar yuk! Kamu bisa melatih dirimu dengan mengerjakan ribuan latihan soal yang dilengkapi dengan jawaban per opsi dan pembahasan detail, lho! Wah jadi bisa belajar sambil mengukur kemampuan diri, deh.

Tunggu apa lagi? Yuk, belajar dengan menggunakan Pijar Belajar sekarang juga!