Pengertian Dinamika Rotasi

Dinamika rotasi merupakan ilmu yang mempelajari gerak benda yang berputar mengelilingi poros atau sumbu putar (berotasi) yang dipengaruhi oleh gaya, massa ataupun besaran lainnya. Benda dalam dinamika rotasi dianggap memiliki ukuran dan bentuk yang tetap. Untuk lebih jelasnya mengenai besaran apa saja yang mempengaruhi dinamika rotasi, pelajari materi ini dengan seksama ya.

Besaran Yang Mempengaruhi Dinamika Rotasi

Dalam mempelajari dinamika rotasi wajib kiranya kita mengetahui apa saja besaran yang dapat mempengaruhi dinamika rotasi. Besaran-besaran tersebut akan diuraikan di bawah ini.

1. Momen Gaya (Torsi)

Gaya merupakan sebab dari bergeraknya suatu benda dan dalam gerak rotasi yang menyebabkan benda berputar disebut dengan momen gaya atau torsi yang juga didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya (F) yang tegak lurus dengan jarak dari sumbu rotasi ke arah garis kerja gaya (r) .

Kalau gaya yang bekerja pada suatu benda lebih dari satu hal itu menyebabkan momen gaya total yang dirumuskan sebagai berikut:

Nah, momen gaya termasuk ke dalam besaran vektor loh karena selain memiliki nilai juga terdapat arah. Arah momen gaya ini memenuhi kaidah tangan kanan (Ibu jari sebagai momen gaya dan genggaman lainnya sebagai arah rotasi) yang akan bernilai positif apabila benda berotasi berlawanan arah jarum jam dan torsi bernilai negatif ketika benda berputar searah jarum jam.

Contoh soal

Sebuah benda panjang 4 meter dengan poros berada di A memiliki gaya sebesar 20N yang membentuk sudut 30° seperti pada gambar di bawah. Berapakah besar momen gaya pada benda tersebut..

2. Momen Inersia

Momen inersia adalah pola distribusi suatu benda yang berotasi terhadap sumbu putarnya atau didefinisikan sebagai hasil kali antara massa partikel (m) dengan kuadrat jarak dari sumbu putarnya ().

Jika terdapat sejumlah partikel melakukan gerak memutar (berotas) maka akan didapatkan nilai inersia total yakni jumlah momen inersia tiap partikelnya.

Benda tegar atau benda yang terdiri dari partikel kontinu menggunakan metode integral untuk mencari nilai momen inersianya seperti berikut:

Momen gaya dan momen inersia ini ternyata punya hubungan yang didasari dari hukum Newton II loh. Apasih hubungannya?

Nah, kata newton kelajuan benda akan dipercepat bila percepatannya searah dengan gaya sehingga hubungan yang terjadi antara torsi dan momen inersia dapat diturunkan dan dirumuskan seperti berikut:

Momen inersia dipengaruhi oleh bentuk benda, massa benda dan letak sumbu putar karena itu momen inersia suatu benda tidak akan sama dengan benda lainnya apabila salah satu yang mempengaruhinya itu berbeda. Berikut ini adalah rumus momen inersia yang dimiliki oleh beberapa benda.

Gambar. Momen inersia pada berbagai benda, Sumber saintif.com

Contoh soal :

Sebuah silinder tipis dengan jari-jari 40 cm dengan massa 100 kg.Jika momen gaya yang bekerja pada bend tersebut adalah 200 Nm, hitunglah percepatan sudut benda!

3. Energi Dan Usaha Gerak Rotasi

Kalian tahukan bahwa benda yang bergerak tentunya memiliki energi kinetik, begitupun dengan benda yang berotasi nah energi gerak ini disebut dengan energi kinetik rotasi dengan persamaan:

Energi kinetik rotasi dapat muncul berbarengan dengan energi kinetik translasi apabila benda tersebut bergerak menggelinding dan ketika dijumlahkan maka nilai tersebut dinamakan energi kinetik pada benda menggelinding dengan persamaan sebagai berikut:

 

Kemudian selain adanya energi, sebuah benda yang bergerak rotasi pada porosnya tentu memiliki gaya. Gaya tersebut melakukan sebuah usaha untuk bergerak dengan persamaannya sebagai berikut:

Contoh soal energi dan usaha

Sebuah benda berbentuk bola pejal bermassa 10kg dengan jari-jari 10cm berada pada lintasan licin. kelajuan linier benda tersebut adalah 5m/s dengan kecepatan sudut yang dihasilkan 5 rad/s. Tentukanlah energi kinetik total dari bola!

4. Momentum Sudut

Selain momen gaya, momen inersia, energi dan usaha terdapat pula besaran yang mempengaruhi dinamika rotasi yaitu momentum sudut. Jadi, momentum sudut ini dalam gerak rotasi adalah besaran analog dengan momentum linier yang memiliki arah, dan persamaan ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Contoh soal momentum sudut

Sebuah silinder tipis berongga dengan diameter 100cm dan massa 10kg berotasi melalui pusat sumbunya dengan kecepatan sudut 20rpm. Hitunglah momentum sudutnya!

Penerapan Dinamika Rotasi Di Kehidupan

1. Pemain Ice Skating

Pemain ice skating menerapkan prinsip dinamika rotasi pada setiap atraksinya, biasanya pemain akan merentangkan kedua tangannya ketika berputar kemudian perlahan akan menekuk tangan ke arah tubuhnya sehingga ia akan berputar semakin cepat, ini berhubungan dengan perubahan momentum sudut dan gerakan tangannya loh.

sumber tribunews

2. Fly Heel (Roda Gila)

Pada mesin mobil biasanya terdapat sebuah roda berdiamaeter besar yang digunakan untuk menyeimbangkan gerak mesin melalui gerak rotasi dengan menggunakan fly heel atau roda gila ini.

sumber otopedia

3. Bianglala

Wahana permainan bianglala yang hampir di berbagai tempat bermain selalu ada ini, juga menerapkan prinsip dinamika rotasi dan berputarnya bianglala dalam gerak rotasi disebabkan oleh momen gaya atau torsi.

4. Pintu

Pintu juga salah satu contoh penerapan dinamika rotasi terkhusus konsep momen gaya karena bila kita mendorong atau memberikan gaya pada ujung pintu maka pintu akan berputar dan lebih muda untuk membukanya.

5. Roda Gerinda

Roda gerinda ini terdiri dari material pengasah yang berotasi pada porosnya dan sering digunakan untuk mengasah alat-alat berat.

Pertanyaan Umum

Apa yang dimaksud dengan dinamika rotasi?

Dinamika rotasi merupakan ilmu yang mempelajari gerak benda yang berputar mengelilingi poros atau sumbu putar (berotasi) yang dipengaruhi oleh gaya, massa ataupun besaran lainnya.

Apa besaran yang mempengaruhi dinamika rotasi?

Momen gaya (torsi), momen inersia, momentum sudut, usaha dan energi.

Apa saja hal yang mempengaruhi momen inersia pada benda?

Momen inersia dipengaruhi oleh bentuk benda, massa benda dan letak sumbu putar.

Hukum yang mendasari adanya keterkaitan antara momen gaya dengan momen inersia adalah?

Hukum Newton II

Apakah yang dimaksud dengan momentum sudut?

Momentum sudut ini dalam gerak rotasi adalah besaran analog dengan momentum linier yang memiliki arah

Sumber  : https://bacaboy.com/dinamika-rotasi/