9 Soal dinamika rotasi benda tegar beserta penyelesaiannya

1. Perhatikan gambar berikut ini!

Salah satu ujung sebuah jungkat-jungkit dinaiki anak yang beratnya 25 kg. Ujung satunya dinaiki anak yang beratnya 30 kg. Jarak masing-masing anak dari titik tumpu adalah 1 m dan 0,5 m. Berapa torsi masing masing, dan berapa torsi totalnya? Ke mana arah putaran batang ?

Penyelesaian:

Arah gaya dan sumbu rotasi membentuk sudut siku-siku (90⁰), sehingga nilai sin θ = sin 90⁰ = 1. Jika kita misalkan massa 25 kg mengakibatkan torsi 1 dan massa 30 kg menyebabkan torsi 2 maka:

τ₁= r₁.F₁.sin θ = r₁.(m₁.g).1= r₁. m₁. g = (1 m)(25 kg)(9,8 m/det²)

   = 245 Nm

τ₂= r₂.F₂.sin θ = r₂.(m₂.g).1= r₂. m₂. g = (0,5 m)(30 kg)(9,8 m/det²)

   = 147 Nm

Torsi satu membuat jungkat jungkit bergerak searah arah jarum jam, torsi kedua membuat jungkat-jungkit bergerak berlawanan arah jarum jam. Besar torsi total adalah :

τ₁– τ₂= 245 – 147 = 98 Nm, arah putaran searah jarum jam.

--------------------------------------------------------fisika online------------------------------------------------------

2. Sebuah partikel bermassa 200 gram berada 20 cm dari pusat rotasi. Tentukan momen inersia partikel tersebut ketika diputar!

Penyelesaian

Diketahui:

m = 200 gram = 0,2 kg

r = 20 cm = 0,2 m

Ditanyakan: I = ….?

Jawab:

Jadi besar momen inersia partikel tersebut adalah 0,008 kgm²

--------------------------------------------------------fisika online------------------------------------------------------

3. Sebuah silinder pejal memiliki massa 0,5 kg dan panjang 0,2 meter, berputar melalui sumbunya. Hitunglah momen inersianya!

Penyelesaian

Diketahui:

M = 0,5 kg

L = 0,2 m

Ditanyakan: I = …?

Jawab:

Jadi besar momen inersianya adalah 1,67 x 10^-3 kgm²

--------------------------------------------------------fisika online------------------------------------------------------

4. Sebuah roda berbentuk cakram homogen dengan jari-jari 60 cm dan massa 100 kg. Jika momen gaya yang bekerja pada roda 200 Nm, hitunglah percepatan sudut roda tersebut!

Penyelesaian

Diketahui:

r = 60 cm = 0,6 m

m = 100 kg

τ = 200 Nm

Ditanya: α = … ?

Jawab:

Jjadi besar percepatan sudut roda tersebut adalah 11 rad/s²

--------------------------------------------------------fisika online------------------------------------------------------

5. Seorang penari balet memiliki momen inersia 8 kgm² ketika kedua lengannya terlentang dan 2 kgm² ketika merapat ke tubuhnya. Pada saat kedua lengannya terlentang, penari tersebut berputar dengan kelajuan 3 putaran/s. Setelah itu, kedua lengannya dirapatkan ke tubuhnya. Tentukanlah laju putaran penari ketika kedua lengannya merapat!

Penyelesaian

Diketahui:

I = 8 kgm²

I’= 2 kg m²

ω = 3 putaran/s

Ditanyakan : ω ' = ...?

Jawab:

Jadi laju putaran penari ketika kedua lengannya merapat adalah 12 putaran/s

--------------------------------------------------------fisika online------------------------------------------------------

6. Jika sistem partikel pada gambar berikut dalam keadaan seimbang, tentukan nilai m!

Penyelesaian

Diketahui:

a₁ = 30⁰

a₂ = 60⁰

T₂ = 30 N

Ditanyakan: m = ….?

Jawab:

Jadi besar nilai m adalah 3,46 kg

--------------------------------------------------------fisika online------------------------------------------------------

7. Perhatikan gambar berikut ini! 

Pada gambar di atas tampak dua orang anak sedang bermain jungkat-jungkit. Massa anak yang putri adalah 25 kg, sedangkan massa anak yang putra adalah 50 kg. Anak putri berada 3 m dari pusat rotasi jungkat-jungkit, sedangkan anak yang putra berada 1,5 m dari pusat rotasi jungkat-jungkit. Tentukan apakah kedua anak tersebut dalam keadaan seimbang atau tidak! (g = 10 m/s²)

Penyelesaian

Diketahui:

m_p = 25 kg

r_p = 3 m

m_L = 50 kg

r_L = 1,5 m

Ditanyakan: apakah kedua anak dalam keadaan seimbang?

Jawab:

--------------------------------------------------------fisika online------------------------------------------------------

8. Perhatiikan gambar berikut ini!

Pada sistem keseimbangan benda tegar seperti pada gambar di atas, batang homogen AB dengan panjang 120 cm memiliki berat 20 N. Beban seberat 25 N digantung pada ujung B dan dihubungkan dengan tali pada dinding. Tentukan tegangan pada tali jika panjang tali 150 cm!

Penyelesaian

Diketahui:

AB = 120 cm = 1,2 m

BC = 150 cm = 1,5 m

w = 20 N

F = 25 N

Ditanyakan: T = ....?

Jawab:

Jadi tegangan pada tali tersebut adalah 58,3 N

--------------------------------------------------------fisika online------------------------------------------------------

9. Perhatikan gambar berikut ini!

Benda bidang homogen pada gambar di atas mempunyai ukuran seperti pada gambar. Tentukan koordinat titik beratnya!

Penyelesaian:

• Soal Kinematika Gerak Lurus
• Soal Dinamika Gerak Lurus
• Soal Gerak Melingkar
• Soal Dinamika Rotasi dan Keseimbangan Benda Tegar
• Soal Suhu dan Kalor
• Soal Impuls dan Momentum
• Soal Vektor 
• Soal Elastisitas

• Soal Usaha Energi dan Daya
• Soal Mekanika Fluida
• Soal Optik
• Soal Gelombang Bunyi
• Soal Teori Kinetik Gas dan Termodinamika

• Soal Listrik Statis
• Soal Rangkaian Arus Searah
• Soal Medan Magnet
• Soal Arus dan Tegangan Listrik Bolak-balik
• Soal Fisika Modern dan Radioaktivitas