Fisika Dasar IA FI1101 DINAMIKA ROTASI Fisika Dasar
- Slides: 36
Fisika Dasar IA : FI-1101 DINAMIKA ROTASI Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 1
Topik Hari Ini l Kinematika Rotasi v. s. Linier (translasi) l Dinamika Rotasi dan torka (torque) l Usaha dan energi l Momentum Angular l Menggelinding Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 2
Rotational v. s. Linear Kinematics Angular Linear Untuk suatu titik pada jarak R dari sumbu rotasi: x = R v = R a = R Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 3
Contoh: l Sebuah roda berputar dengan kecepatan angular awal 0 = 500 rad/s. Pada t = 0 ia mulai melambat dengan laju 0. 5 rad/s 2. Berapa lama waktu yang diperlukan untuk berhenti? l Ingat bahwa = - 0. 5 rad/s 2. l Pakai l t pada = 0 : l Sehingga untuk memperoleh Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 4
Dinamika Rotasi dan Torka What makes it spin? l l l Andaikan bahwa gaya yang beraksi pada suatu massa dibatasi untuk bergerak melingkar. Tinjau percepatan ^ dalam arah pada suatu saat tertentu : ^ a = r F Gunakan Hk-II Newton dalam arah ^ : F = ma = m r F Kalikan dengan r : r. F = ^ r a m r mr 2 Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 5
Dinamika Rotasi dan Torka … What makes it spin? r. F = mr 2 gunakan l Definisikan torque (torka) : = r. F. adalah gaya tangensial F dikalikan dengan lengan gaya r. ^ r ^ F F l Torka memiliki arah: + z untuk membuat sistem berputar berlawanan arah jarum jam. - z untuk membuat sistem berputar searah jarum jam. a m r Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 6
Dinamika Rotasi dan Torka … What makes it spin? l l Sehingga untuk kumpulan banyak yg tersusun dalam konfigurasi yg tegar: i I Karena partikel-partikel terhubung secara tegar, mereka memiliki percepatan yang sama . m 4 F 1 m 3 F 3 r 1 m 1 r 4 r 3 r 2 m 2 Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 7
Dinamika Rotasi dan Torka … What makes it spin? NET = I l l Ini adalah analogi rotasi untuk Hukum II Newton FNET = ma Torka merpakan analogi rotasi untuk gaya : The amount of “twist” provided by a force. Moment inersia I merupakan analogi untuk massa. Jika I lebih besar, lebih besar torka yg diperlukan untuk memperoleh percepatan angular tertentu. Satuan Torka kg m 2/s 2 = (kg m/s 2) m = Nm. Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 8
Usaha l Tinjau usaha oleh gaya F yang beraksi pada suatu massa dibatasi untuk bergerak mengitari suatu sumbu tetap. Untuk perpindahan kecil sekali d : . çd. W = F dr = FR d cos( ) = FR d cos(90 - ) = FR d sin( ) = FR sin( ) d d. W = d l l l R F d dr = R d axis Integrasikan: W = Analogi dengan W = F • r W akan negatif jika dan mempunyai arah berlawanan! Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 9
Usaha & Energi Kinetik K = WNET l Ingat Teorema Usaha / Energi Kinetic : l Ini benar secara umum, dan dapat diaplikasikan pada gerak rotasi sebagaimana halnya gerak translasi. l Sehingga untuk suatu benda yang berputar terhadap suatu sumbu tetap: Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 10
Daya Rotasi Usaha yang dilakukan oleh suatu torka yang menyebabkan perpindahan diberikan oleh: Sehingga Daya (P) yang diberikan oleh suatu torka konstan adalah: Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 11
Contoh 1: Piringan & Tali l Sebuah tali tak bermassa dililitkan 10 kali pada sebuah piringan dengan massa M = 40 g dan jari-jari R = 10 cm. Piringan ini berotasi tanpa gesekan terhadap suatu sumbu tetap yang melalui pusatnya. Tali ditarik dengan gaya F = 10 N sampai lepas semuanya dari piringan. (Asumsikan tali tidak slip, dan pada awalnya piringan tidak berputar). çSeberapa cepat piringan berputar setelah tali lepas? R M F Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 12
Piringan & Tali. . . l Kerja yang dilakukan adalah W = çTorka = = RF (since = 90 o) çPerpindahan angular adalah 2 rad/rev x 10 rev. R l M Sehingga W = (. 1 m)(10 N)(20 rad) = 62. 8 J F Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 13
Piringan & Tali. . . WNET = W = 62. 8 J = K Ingat I untuk piringan terhadap sumbu pusanya diberikan oleh: R M sehingga = 792. 5 rad/s Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 14
Momentum Angular (Momentum Sudut) Tool penting yang lain untuk menyelesaikan persoalan adalah Kekekalan Momentum. Kita telah mengenal: p = mv dan F = dp/dt. (1) Jika kita kalikan kedua sisi dari (1) dengan jari-jari r, diperoleh (dengan v = r): = r F = r dp/dt = d(r p)/dt = d. L/dt Dimana L = r p, didefinisikan sebagai Momentum Sudut. Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 15
Kekekalan Momentum Sudut = d. L/dt Sama seperti F = dp/dt yang mengarah kepada kekekalan momentum jika tidak ada gaya luar, maka = d. L/dt mengarah kepada kekekalan momentum angular jika tidak ada torka luar. Ingat: p = mv, dan L = r p = r mv = r m r = mr 2 = Iw Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 16
Contoh 2: Katrol dan Benda Jatuh l Sebuah massa m yang dililitkan dengan tali pada sebuah katrol dengan jari-jari R yang menempel pada suatu roda yang berat. Momen Inersia dari katrol + roda adalah I. Tali tidak slip terhadap katrol. I R T Mulai dari saat diam, hitung berapa lama waktu yang diperlukan oleh massa untuk jatuh sejauh L. m a mg L Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 17
Katrol dan Benda Jatuh. . . l Untuk massa yang bergantung: F = ma mg - T = ma Untuk katrol + roda: = I l = TR = I Gunakan: a = R l Sekarang hitung a dari persamaan di atas: l I R T m a mg L Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 18
Katrol dan Benda Jatuh. . . l Gunakan kinematika 1 -D , kita dapat menghitung waktu yang diperlukan oleh massa untuk jatuh sejauh L: I R T dimana m a mg L Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 19
Rotasi di sekitar sumbu yang bergerak l Tali dililitkan pada suatu piringan dengan massa M dan jari R. Piringan mula-mula diam pada permukaan horisontal yang licin. Tali ditarik dengan gaya F dan tidak slip. çTentukan panjang tali L yang terlepas setelah bergerak sejauh D? M R F Top view Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 20
Rotasi di sekitar sumbu yang bergerak. . . l Pusat massa bergerak mengikuti F = MA l Jarak yg ditempuh pusat massa : l l Piringan akan berputar terhadap CM mengikuti = I l Sehingga perpindahan angular: M A R F Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 21
Rotasi di sekitar sumbu yang bergerak. . . l Kita tahu jarak yang ditempuh CM dan sudut rotasi terhadap CM sebagai fungsi waktu: (a) (b) Panjang tali yg telah ditarik adalah L = R : Bagi (b) dengan (a): F F D L Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 22
Comments on CM acceleration: We just used = I for rotation about an axis through the CM even though the CM was accelerating! The CM is not an inertial reference frame! Is this OK? ? (After all, we can only use F = ma in an inertial reference frame). YES! We can always write = I for an axis through the CM. This is true even if the CM is accelerating. We will prove this when we discuss angular momentum! M A R F Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 23
Menggelinding (Rolling) l Suatu benda dengan massa M, jari-jari R, dan momen inersia I berputar ke bawah tanpa slip pada bidang miring dengan kemiringan terhadap bidang datar. Hitung percepatannya? l SARAN: Tinjau gerak pusat massa dan rotasi terhadap pusat masaa secara terpisah ketika menyelesaikan persoalan ini I M R Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 24
Menggelinding… Gesekan static f menyebabkan menggelinding Ada dua kasus menggelinding: 1. Menggelinding tanpa tergelincir (menggelinding murni) l 2. Menggelinding dan tergelincir secara serempak Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 25
Menggelinding. . . l l Gesekan static f menyebabkan menggelinding. Besaran ini tidak diketahui, harus diselesaikan. Pertama-tama tinjau dulu diagram benda bebas dari benda dan gunakan FNET = Ma. CM : Dalam arah x : Mg sin - f = Ma l Sekarang tinjau rotasi terhadap pusat massa CM dan gunakan = I = Rf dan a = R M y R x f Mg Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 26
Menggelinding. . . l Kita punya dua persamaan: l Eliminasi untuk f: I A Untuk bola: M R Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 27
Contoh 3: Dua silinder menggelinding Dua bua silinder homogen terbuat dari aluminium. Silinder yang satu memiliki jari-jari dua kali yang lainnya. Jika keduanya diletakkan pada puncak bidang miring yang sama dan dilepaskan, mana yang paling cepat sampai di bawah? (a) Yang besar (b) Yang kecil (c) sama Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 28
Contoh 3: Dua silinder menggelinding. . l Tinjau salah satu. Katakan jejari R, massa M dan jatuh dari ketinggian H. Konservasi energi: - U = K tetapi dan H Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 29
Contoh 3: Dua silinder menggelinding… Sehingga: Jawab, (c) tidak bergantung pada ukuran, Selama bentuknya sama!! H Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 30
Menggelincir untuk menggelinding l Sebuah bola bowling bermassa M dan jejari R dipukul dengan kecepatan awal v 0. Mula-mula tidak berputar. Setelah menggelincir dengan gesekan kinetik sejauh jarak D, bola akhirnya berputar tanpa slip dan mempunyai kecepatan baru vf. Koefisien gesekan kinetik antara bola dan bidang adalah . Hitung kecepatan akhir, vf, dari bola! vf= R v 0 f = Mg D Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 31
Menggelincir untuk menggelinding. . . l l l Selama tergelincir, gaya gesekan akan mempercepat bola dalam arah (-x) : F = - Mg = Ma sehingga a = - g Laju bola menjadi v = v 0 - gt (a) Gesekan juga memberikan torka terhadap pusat massa bola. Gunakan = I dan ingat bahwa I = 2/5 MR 2 untuk bola pejal terhadap sumbu yang melalui pusat massa: (b) x v f= R v 0 f = Mg D Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 32
Menggelincir untuk menggelinding. . . (a) (b) l Kita punya 2 persamaan: l Pakai (b) untuk menghitung t sebagai fungsi l Substitusi ke (a) dan gunakan vf = R (kondisi menggelinding tanpa slip): Tidak bergantung pada , M, g!! x vf= R v 0 f = Mg D Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 33
Pesawat Atwood dengan katrol bermassa l Suatu pasangan massa digantung pada sebuah katrol massif ( bermassa) seperti pada gambar. Hitung percepatan dari pasangan massa. l l Untuk massa yg digantung: F = ma -m 1 g + T 1 = -m 1 a -m 2 g + T 2 = m 2 a y x M R T 2 T 1 Untuk katrol = I m 2 m 1 çT 1 R - T 2 R a (Karena untuk piringan) m 1 g m 2 g Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 34 a
Atwoods Machine dengan katrol bermassa. . . l Kita punya 3 persamaan dengan 3 yang tidak diketahui (T 1, T 2, a). Selesaikan untuk a. -m 1 g + T 1 = -m 1 a (1) -m 2 g + T 2 = m 2 a (2) T 1 - T 2 y x M R (3) T 2 T 1 m 2 m 1 a m 1 g m 2 g Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 35 a
Review Persamaan Gerak Rotasi Pada prinsipnya kita ganti F dengan t, m dengan I, v dengan w, a dengan a, dan p dengan L (dimana L adala momentum angular): F = ma = I Work = = F ds Work = d Power = F v Power = w KE = (1/2)mv 2 KErotation = (1/2)Iw 2 p = mv L = Iw F = Dp/Dt = DL/Dt. Fisika Dasar IA FI-1101: Rotasi, hal 36
- Hasilnya adalah
- Fi1101
- Dinamika rotasi
- Sebuah benda tegar berputar
- Roda yang memiliki momen inersia 5 * 10
- Jika mesin mengambil panas 1000 j
- Dinamika fisika
- Dinamika kepemimpinan adalah
- Usaha torka
- Kompetensi dasar fisika kelas 11 semester 1
- Silabus fisika dasar 1
- Vektor fisika dasar
- Hukum gauss fisika dasar 2
- Fisika dasar 2 itb
- Energi
- Materi tpb itb
- Dasar teori dasar pengukuran dan ketidakpastian
- Apa itu rotasi
- Aristarchus
- Praktek rotasi bumi
- Gambarkan tabel hubungan besaran gerak linier dan rotasi
- Biomekanik hip joint
- Matriks rotasi 3 dimensi
- Sudut didefinisikan sebagai... *
- Lama rotasi bumi
- Pengertian rotasi
- Rotasi kekuasaan eksekutif sangat kecil
- Revolusi bumi mengakibatkan terjadinya .... *
- Pemerintahan yang demokratis menurut affan gaffar
- Karayel rüzgarı
- Transformasi gabungan rotasi sebagai titik perubahan adalah
- 2d transformation in computer graphics
- Rotasi bulan
- Rotasi sektor saham
- Gerak rotasi
- Golfska struja u jadranskom moru
- Dinamika motivasi