Fisika, SMA, Topik Belajar

Mengenal Apa Itu Dinamika Rotasi | Fisika Kelas 11

December 5, 2022February 16, 2023 by annisa

Teman KOCO, kamu pernah nggak melihat penari balet yang sedang berputar atau bermain gangsing sewaktu kecil dulu? Nah, kedua hal ini menggunakan konsep dari dinamika rotasi lho. Dimana, penari balet dan gangsing masing-masing bergerak pada sumbu putarnya atau bergerak pada lintasan yang melingkar (rotasi). Sebenarnya apa sih dinamika rotasi itu, Minco? Yuk, daripada bingung langsung simak penjelasannya di bawah ini!

Pengertian Dinamika Rotasi

Perlu kamu ketahui, dinamika rotasi adalah ilmu yang mempelajari tentang pergerakan benda yang berputar pada poros atau titik tumpunya. Dinamika rotasi ini dipengaruhi oleh beberapa hal di antaranya yaitu massa benda, gaya, kecepatan, percepatan, torsi, dan masih banyak lagi. Sebenarnya, benda yang bergerak secara berotasi akan menggunakan konsep hukum II Newton (ΣF = m.a), namun karena benda berotasi pada porosnya dan dipengaruhi oleh torsi, maka diberlakukan rumus:

Keterangan:

ΣF : Resultan gaya (N)
m : Massa/ukuran kelembaman (kg)
a : Percepatan (m/s²)
Στ : Momen torsi (Nm)
I : Momen inersia (kgm²)
α : Percepatan sudut (rad/s)

Perbedaan Gerak Translasi dan Gerak Rotasi

Dalam mempelajari tentang dinamika rotasi, maka kamu akan menjumpai rumus dengan bentuk baru dari gerak lurus atau translasi. Nah, apa itu gerak lurus atau translasi? Apa bedanya dengan gerak rotasi? Selain besaran yang digunakan, perbedaan gerak lurus dan translasi dapat diketahui dari pergerakannya. Jika pada gerak translasi, benda bergerak ke arah yang lurus ataupun melengkung, berbeda halnya dengan gerak rotasi yang bendanya berputar pada suatu poros. Selain itu, gerak rotasi juga disebabkan karena adanya torsi atau kecenderungan sebuah gaya untuk memutar suatu benda tegar terhadap titik poros tertentu. Sedangkan, gerak translasi disebabkan oleh hukum II Newton. Berikut adalah tabel perbedaan dari gerak translasi dan rotasi berdasarkan rumus besarannya:

Momen Gaya/torsi

Seperti yang sudah Minco jelaskan sebelumnya, momen gaya atau yang disebut juga dengan torsi adalah kecenderungan suatu gaya untuk memutar benda tegar terhadap titik poros tertentu. Singkatnya, torsi adalah suatu besaran yang dapat membuat benda berputar dengan lambang τ (tau). Fyi, torsi ini mulai dikenal sejak seorang teknisi bernama J. Thomson, walaupun sebenarnya konsep torsi sudah ketika Archimedes menemukan konsep tuas.

Momen gaya/torsi akan benilai positif untuk gaya yang menyebabkan benda bergerak melingkar atau berputar searah dengan putaran jam (clockwise), dan jika benda berotasi dengan arah yang berlawanan putaran jam (counterclockwise), maka torsi akan bernilai negatif. Sedangkan, setiap gaya yang arahnya tidak berpusat pada sumbu putar benda atau titik massa benda dapat dikatakan memberikan torsi pada benda tersebut.

torsi pada dinamika rotasi — *Momen gaya/torsi*

Jadi, besar kecilnya torsi ini dipengaruhi oleh poros/titik tumpu, gaya, dan jarak/lengan. Torsi merupakan perkalian antara gaya dan jarak. Untuk menghitungnya, kamu bisa menggunakan rumus berikut ini:

Keterangan:

τ : Momen torsi (Nm)
F : Gaya (N)
θ : Sudut antara r dan F (rad/s)
r : Jarak gaya terhadap poros (m)

Momen Inersia

Yap, inersia adalah massa atau kelembaman dari suatu benda. Momen inersia dianggap sebagai besaran yang menyatakan ukuran kelembaman benda yang berotasi. Jika nilai inersianya besar, maka benda akan susah untuk diputar. Sebaliknya, jika nilai inersianya kecil, benda pun akan lebih mudah untuk diputar. Berikut adalah rumus yang bisa kamu gunakan untuk menghitung momen inersia dari sebuah benda berotasi:

Keterangan:

I : Momen inersia (kgm²)
m : Massa benda (kg)
R : Jari-jari (m)

Perlu kamu ketahui, setiap jenis atau bentuk benda mempunyai nilai momen inersia yang berbeda-beda. Berikut adalah nilai dari momen inersia yang sering dipakai dalam masalah kesetimbangan benda tegar:

Momentum Sudut

Selain momen inersia, dalam dinamika rotasi juga ada yang disebut dengan momentum sudut atau ukuran kesukaran benda untuk mengubah arah gerak benda yang sedang berotasi. Momentum sudut ini merupakan hasil perkalian antara momen inersia dengan kecepatan suatu benda. Untuk mendapatkan nilai momentum sudut suatu benda, kamu harus menggunakan rumus berikut ini:

Keterangan:

L : Momentum sudut (kgm²/s)
I : Momen inersia (kgm²)
ω : Kecepatan sudut benda (rad/s)
m: Massa benda (kg)
v: Kecepatan linear (m/s)
r: Jarak benda ke sumbu putarnya (m)

Energi Kinetik Dinamika Rotasi

Tidak hanya pada materi tumbukan, laju reaksi, atau pegas saja, namun energi kinetik juga bisa kamu jumpai pada dinamika rotasi. Jadi, energi kinetik rotasi adalah energi kinetik yang dimiliki oleh benda berotasi atau bergerak melingkar. Persamaan rumus yang bisa kamu gunakan yaitu:

Gerak translasi

Sebelum menggunakan rumus energi kinetik gerak rotasi, kamu harus mengetahui energi kinetik pada gerak translasi atau lurus. Sebab, biasanya dalam latihan soal kamu akan menghitung energi kinetik pada benda yang bergerak secara rotasi dan juga translasi. Berikut adalah rumus energi kinetik pada gerak translasi:

Keterangan:

Ek : Energi kinetik (joule)
m : Massa benda (kg)
v : Kecepatan (m/s)

Gerak rotasi

Nah, energi kinetik pada gerak rotasi tentu mempunyai rumus atau persamaan yang hampir mirip dengan energi kinetik pada gerak translasi, hanya berbeda pada besaran yang digunakan. Rumus dari energi kinetik gerak rotasi adalah sebagai berikut:

Keterangan:

Ek : Energi kinetik (joule)
I : Momen inersia (kgm²)
ω : Kecepatan sudut (rad/s)

Jika suatu benda bergerak secara rotasi dan juga tranlasi, maka energi kinetik totalnya adalah gabungan dari energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi:

Keterangan:

Ek_t: Energi kinetik total benda
Ek_translasi: Energi kinetik translasi
Ek_rotasi: Energi kinetik rotasi
m: Massa benda (kg)
v: Kecepatan linear (m/s)
I: Momen inersia benda (kgm²)
ω : Kecepatan sudut (rad/s)

Pengaplikasian Konsep Dinamika Rotasi

Teman KOCO, ternyata konsep dinamika rotasi bisa kamu temukan dalam kehidupan sehari-hari lho! Berikut di antaranya:

Pintu rumah → menggunakan konsep momen gaya, gaya dorong yang kita berikan tegak lurus terhadap pintu dan diberikan di gagang pintu agar lebih mudah untuk membuka pintu.
Memutar baut menggunakan kunci inggris → merupakan konsep momen gaya, gaya diberikan diujung batang kunci inggris agar mudah diputar.
Seorang balerina berputar → konsep momentum sudut, dimana nilai momentum sudut tetap, namun balerina akan lebih mudah berputar tanpa menbentangkan tangannya karena dapat menyebabkan momen inersia menjadi bertambah.
Katrol yang berputar → menggunakan prinsip hukum newton tentang gerak translasi dan rotasi yaitu ΣF = m.a dan Στ = Ια.
Gangsing yang berputar → menggunakan konsep momentum sudut.