Kesetimbangan Gaya

Kesetimbangan Gaya

Kesetimbangan adalah suatu kondisi benda dengan resultan gaya dan resultan momen gaya sama dengan nol. Ada dua kondisi yang harus dipenuhi oleh sebuah benda untuk dapat mencapai keadaan kesetimbangan statis. Pertama benda tersebut harus dalam kesetimbangan translasi yang berarti bahwa vektor resultan dari semua gaya yang bekerja pada benda harus samadengan nol. Kondisi yang lain adalah harus dalam kesetimbangan rotasi yang berarti bahwa jumlah torka arah jarum jam sekitar sumbu putarnya harus sama dengan jumlah torka yang berlawanan arah dengan jarum jam sekitar sumbu putar. Torka didefenisikan sebagai efek putaran sekitar sumbu putar oleh akibat beberapa gaya. Jarak tegak lurus dari pusat [utaran terhadap garis gaya aksi disebut dengan lengan gaya. Torka disefenisikan sebagai:

Torka = gaya x lengan gaya

Kesetimbangan sebuah benda diklasifikasikan menurut tiga kata gori, yaitu stabil, tak stabil, dan netral. Kesetimbangan stabil merupakan kesetimbangan gaya yang terjadi bila torsi atau gaya yan g muncul karena perpindahan kecil dari benda yang memaksa benda itu kembali kearah posisi kesetimbangannya. Kesetimbangan tak stabil adalah kesetimbangan gaya yang terjadi bila gaya-gaya atau torsi yang muncul karena perpindahan kecil dari benda memaksa benda menjauhi posisi kesetimbangannya. Kesetimbangan netral merupakan kesetimbangan gaya terjadi bila tidak ada torsi  atau gaya yang yang bekerja  sehingga tidak ada memaksa untuk menjauh dan netral jika tidak ada torsi tau gaya yang menggerakkan ke salah satu arah, karena sedikit diganggu. Pada umumnya kita akan berhuibungan dengan gaya-gaya yang bekerja pada bidang , sehingga kita biasanya memerlukan komponen x dan y. Kita harus bahwa jika sebuah komponen gaya menunjuk sepnjang arah sumbu x dan y negatif. Persamaan inilah yang disebut dengan syarat pertama kesetimbangan. Dan pada dua benda yang telah diberi label akan menghasilkan gaya total nol pada benda, dengan menambah torsi total yang akan merotasi  benda mengacu pada persamaan  .

Kesetimbangan biasa terjadi pada :

1. Benda yang diam (statik), contoh : semua bangunan gedung, jembatan, pelabuhan, dan lain-lain.
2. Benda yang bergerak lurus beraturan (dinamik), contoh : gerak meteor di ruang hampa, gerak kereta api di luar kota, elektron mengelilingi inti atom, dan lain-lain.

Benda tegar adalah benda yang tidak berubah bentuknya karena pengaruh gaya dari luar. Kesetimbangan benda tegar dibedakan menjadi dua:

1. Kesetimbangan partikel
2. Kesetimbangan benda

1. Kesetimbangan Partikel

Partikel adalah benda yang ukurannya dapat diabaikan dan hanya mengalami gerak translasi (tidak mengalami gerak rotasi).

Syarat kesetimbangan partikel SF = 0 à SF_x = 0 (sumbu X)

SF_y = 0 (sumbu Y)

1. Kesetimbangan Benda

Syarat kesetimbangan benda: SF_x = 0, SF_y = 0, tS = 0

Momen gaya merupakan besaran vektor yang nilainya sama dengan hasil kali antara gaya dengan jarak dari titik poros arah tegak lurus garis kerja gaya.

Dirumuskan: t = F . d

Putaran momen gaya yang searah dengan putaran jarum jam disebut momen gaya positif, sedang yang berlawanan putaran jarum jam disebut momen gaya negatif.

Momen kopel adalah momen gaya yang diakibatkan pasangan dua gaya yang sama besarnya dan arahnya berlawanan tetapi tidak segaris kerja.

Benda yang dikenai momen kopel akan bergerak rotasi terus menerus.

Jika pada suatu benda bekerja hanya satu gaya, maka benda akan dipercepatsearah dengan arah gaya yang bekerja. Jika dua buah gaya bekerja pada sebuah bendatanpa mengalami percepatan maka dikatakan bahwa gaya berada dalam kesetimbangan.Dua gaya yang berada dalam kesetimbangan harus memenubi tiga persyaratan, yaitu: (1) harus mempunyai ukuran yang sama, (2) bekerja dalam arah yang berlawanan, dan (3) garis aksi kedua gaya tersebut harus melewati satu titik. Dua buahgaya tersebut dikatakan concurrent.Tiga buah gaya bekerja pada benda dikatakan dalam kesetimbangan (equilibrium) jika memenuhi sejumlah kondisi, yaitu: (1) gaya harus berada pada bidangyang sama - coplanar, (2) garis aksi gaya melalui satu titik - concurrent, dan (3) jikaarah gaya dinyatakan dengan arah panah dan besar gaya dinyatakan dengan panjanggaris, maka gaya-gaya tersebut harus membentuk segitiga gaya – triangle

Benda dikatakan mencapai kesetimbangan jika benda tersebut dalam keadaan diam/statis atau dalam keadaan bergerak beraturan/dinamis.Ditinjau dari keadaannya, kesetimbangan terbagi dua, yaitu:

1.	Kesetimbangan Translasi (a = 0)	v = 0 (statis) v = konstan (dinamis
	Å.F = 0 å Fx = 0 ; å Fy = 0
2.	Kesetimbangan Rotasi (alpha = 0)	w = 0 (statis) w = konstan (dinamis)
	å t = 0  ®  pilih pada suatu titik dimana gaya-gaya yang bekerja terbanyak

Macam Kesetimbangan Statis :

1.	Kesetimbangan Stabil	:	setelah gangguan, benda berada pada posisi semula
2.	Kesetimbangan Labil	:	setelah gangguan, benda tidak kembali ke posisi semula
3.	Kesetimbangan Indiferen (netral)	:	setelah gangguan, titik berat tetap benda tetap pada satu garis lurus seperti semula

 Kesetimbangan Sistem Gaya Konkuren

Jika sebuah sistem gaya melalui satu titik berada dalarn bidang yang sama

(coplanar concurrent force system),

maka jumlah aljabar komponen vertikal danhorizontal gaya masing-masing harus sama dengan nol. Ini dinyatakan denganpersamaan:Sebaliknya, jika dinyatakan

∑Fy= 0  dan ∑Fx= 0 dalam sistem gaya konkuren, makadapat kita katakan bahwa sistem dalam kesetimbangan dan resultan gaya adalah samadengan nol.

Contoh 1

Benda dengan berat 100 N ditumpu oleh sebuah

tie-boom,

sebagaimana ditunjukkanpada Gambar 1.7. Tentukan besar gaya C pada boom dan gaya T pada kabel agardicapai kesetimbangan!PenyelesaianDiagram benda bebas pada sambungan Q sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1.7b.Ada dua gaya yang tidak diketahui, yaitu C dan T yang dapat diperoleh dengan metodesegitiga gaya dan atau metode komponen.

Metode Segitiga Gaya

Menggunakan hukum sinus untuk menyelesaikan gaya-gaya yang tidak diketahui: