Dalam ilmu Fisika, ada kalanya Anda akan diminta untuk menghitung benda yang berputar pada porosnya. Materi ini disebut momen gaya atau torsi. Anda juga bisa mengukurnya menggunakan rumus besar momen gaya nantinya. Rumus ini digunakan untuk mengukur benda berputar searah jarum jam. Agar lebih mudah memahaminya, Anda juga bisa mempelajari contoh soal momen gaya di artikel ini. Yuk, simak selengkapnya tentang materi torsi berikut!
Tambah wawasan fisika Anda dengan memahami definisi dan rumus momentum dan impuls.
Pengertian Momen Gaya
Apa itu momen gaya? Momen gaya atau torsi adalah ukuran keefektifan sebuah gaya dalam menyebabkan benda berputar atau melakukan gerak rotasi terhadap poros tertentu. Momen gaya adalah besaran vektor, yang berarti tidak hanya memiliki besar, tetapi juga arah. Arah dari momen gaya ditentukan oleh arah putaran yang dihasilkan oleh gaya tersebut; apakah searah dengan jarum jam atau berlawanan dengan jarum jam.
Jika benda berputar searah jarum jam (clockwise), maka torsi memiliki nilai positif. Sementara jika benda berputar berlawanan arah jarum jam (counter clockwise), nilai torsi negatif.
Momen gaya (torsi) sangat penting dalam banyak situasi di mana gerakan rotasi terjadi, baik itu pada objek yang sederhana seperti pintu, maupun pada sistem yang lebih kompleks seperti mesin kendaraan. Dalam bahasa sederhana, jika Anda ingin membuat suatu benda berputar, Anda perlu menerapkan momen gaya pada benda tersebut.
Kenali juga kesetimbangan dan dinamika rotasi benda tegar dalam fisika!
Rumus Torsi
Lambang torsi adalah huruf Yunani tau (τ). Sementara satuan momen gaya atau torsi dapat dituliskan sebagai Newton meter (Nm) dalam Sistem Satuan Internasional (SI). Satuan gaya ini memang mirip dengan besaran usaha dan energi, namun momen gaya bukanlah usaha atau energi. Secara matematis, momen gaya dapat dirumuskan sebagai:
Di mana:
- 
adalah momen gaya atau torsi, yang dilambangkan dengan huruf Yunani tau 
.
- 
adalah lengan gaya, yaitu jarak dari sumbu rotasi ke titik di mana gaya diterapkan.
- 
adalah gaya yang diterapkan.
Jika gaya yang diterapkan tidak tegak lurus terhadap lengan gaya, maka rumus momen gaya menjadi:
Di mana:
- 
adalah sudut antara arah gaya dan lengan gaya.
Satuan momen gaya adalah Newton meter (N.m), yang menunjukkan kombinasi antara gaya (dalam Newton) dan jarak (dalam meter).
Pelajari juga rumus arus lisrik searah dan juga contoh soalnya!
Contoh Soal Torsi dan Pembahasan
Kini Anda sudah mempelajari konsep dan rumus-rumus torsi. Agar memudahkan Anda mempelajari cara menghitung torsi dan menerapkan rumusnya, ada baiknya menyimak contoh soal momen gaya kelas 11 berikut beserta pembahasannya.
- Perhatikan gambar berikut.
Besar resultan momen gaya terhadap poros di titik O oleh gaya-gaya yang bekerja pada batang jika massanya diabaikan adalah…
Jawab:
Di sumbu rotasi O, gaya F1 dan F2 menyebabkan batang berotasi berlawanan arah jarum jam sehingga τ1 dan τ2 negatif. F3 menyebabkan batang berotasi searah jarum jam sehingga τ3 positif. Jadi besar torsi di sumbu rotasi O sebagai berikut:
τ = (-τ1) + (-τ2) + τ3
τ = -F1 L1 – F2 L2 + F3 L3
τ = -6N . 1m – 6N . 2m sin 30o + 4N . 2m
τ = -6Nm – 6Nm + 8Nm
τ = -4Nm
Jadi momen gaya yang bekerja pada batang disumbu rotasi O sebesar -4Nm. Tanda negatif menunjukkan batang berputar berlawanan arah jarum jam.
- Gaya F1, F2, F3, dan F4 bekerja pada batang ABCD seperti gambar berikut.
Jika massa batang diabaikan maka nilai momen gaya terhadap titik A adalah...
Jawab:
Pada soal di atas, yang bertindak sebagai poros adalah A. Artinya, gaya yang bekerja pada titik A, yaitu F1, akan mati atau tidak berfungsi. Dengan pusat rotasi di titik A, batang akan berotasi berlawanan arah jarum jam bila F3 bekerja dan berputar searah jarum jam bila F2 dan F4 bekerja. Besar momen gaya di titik A merupakan resultan dari momen gaya yang bekerja pada benda tersebut. Anggap arah rotasi yang searah putaran jarum jam bernilai positif dan yang berlawanan bernilai negatif.
ΣτA = F2 × RAB + F4 × RAD − F3 × RAC
= 4 × 2 + 10 × 6 − 5 × 3
= 8 + 60 − 15
= 53 Nm
Jadi, nilai momen gaya terhadap titik A adalah 53 Nm.
Perdalam ilmu fisika Anda dengan membaca pengertian hukum Termodinamika!
Contoh Torsi dalam Kehidupan Sehari-hari
Torsi, atau momen gaya, adalah salah satu konsep fisika yang sangat penting dan sering digunakan dalam berbagai aktivitas sehari-hari. Torsi terjadi ketika sebuah gaya menyebabkan suatu benda untuk berputar atau melakukan gerak rotasi terhadap poros tertentu. Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering kali tanpa sadar menggunakan prinsip torsi dalam berbagai kegiatan. Berikut ini adalah beberapa contoh torsi dalam kehidupan sehari-hari yang dapat membantu Anda memahami bagaimana konsep ini bekerja dalam situasi nyata.
1. Membuka atau Menutup Pintu
Salah satu contoh penerapan momen gaya dalam kehidupan sehari-hari adalah saat kita membuka atau menutup pintu. Ketika kita menarik atau mendorong gagang pintu, kita menerapkan gaya pada jarak tertentu dari engsel pintu, yang bertindak sebagai poros atau sumbu rotasi. Jarak antara gagang pintu dan engsel inilah yang menjadi lengan momen (r), dan gaya yang kita terapkan menghasilkan torsi yang memutar pintu di sekitar engselnya.
Misalnya, ketika gagang pintu ditempatkan jauh dari engsel, kita hanya memerlukan gaya yang relatif kecil untuk membuka atau menutup pintu karena lengan momennya besar. Sebaliknya, jika gagang pintu ditempatkan dekat dengan engsel, kita perlu menggunakan lebih banyak tenaga untuk mendapatkan efek yang sama. Ini adalah salah satu alasan mengapa gagang pintu hampir selalu ditempatkan jauh dari engsel untuk memaksimalkan momen gaya yang dihasilkan dan memudahkan pengguna.
2. Mengencangkan atau Melonggarkan Sekrup dengan Obeng
Contoh torsi lainnya yang sering kita lakukan dalam kehidupan sehari-hari adalah ketika menggunakan obeng untuk mengencangkan atau melonggarkan sekrup. Dalam hal ini, gaya yang kita terapkan pada gagang obeng dipindahkan ke ujung obeng yang terhubung dengan sekrup. Panjang obeng dari gagang ke ujung yang bersentuhan dengan sekrup berfungsi sebagai lengan momen (r). Semakin panjang obeng, semakin besar torsi yang dapat kita hasilkan dengan gaya yang sama, sehingga sekrup lebih mudah diputar.
Ini juga menjelaskan mengapa obeng dengan gagang yang lebih panjang lebih efektif untuk mengencangkan atau melonggarkan sekrup yang kencang. Dengan memperpanjang lengan momen, kita dapat meningkatkan torsi tanpa perlu menambah gaya yang kita berikan, membuat tugas yang sulit menjadi lebih mudah.
3. Mengayuh Sepeda
Mengayuh sepeda adalah salah satu contoh momen gaya yang sangat relevan dalam kehidupan sehari-hari, terutama dalam bidang transportasi. Ketika kita menekan pedal sepeda, kita sebenarnya menerapkan gaya melalui kaki kita pada lengan pedal, yang merupakan jarak dari titik tumpu (poros pedal) ke titik di mana gaya diberikan. Torsi yang dihasilkan oleh gaya ini menyebabkan pedal berputar, yang pada gilirannya memutar rantai dan roda sepeda.
Semakin panjang lengan pedal (jarak dari poros ke pedal), semakin besar torsi yang dapat dihasilkan dengan gaya yang sama, membuat kayuhan terasa lebih ringan. Inilah sebabnya, sepeda dengan pedal yang lebih panjang atau sepeda yang dirancang untuk tanjakan biasanya memiliki pedal yang dirancang untuk memaksimalkan torsi, sehingga pengendara dapat mengayuh lebih mudah di medan yang sulit.
4. Memutar Kunci pada Pintu
Ketika Anda memasukkan kunci ke dalam lubang kunci dan memutarnya untuk membuka atau mengunci pintu, Anda juga menerapkan torsi. Gaya yang Anda terapkan pada ujung kunci menghasilkan torsi yang memutar kunci di dalam silinder kunci. Panjang gagang kunci berfungsi sebagai lengan momen, dan semakin panjang gagang kunci, semakin besar torsi yang dihasilkan, sehingga memudahkan Anda untuk memutar kunci.
Ini juga alasan mengapa beberapa kunci dibuat dengan gagang yang lebih panjang atau lebih tebal, terutama untuk pintu atau kunci yang membutuhkan lebih banyak torsi untuk beroperasi dengan baik. Dengan meningkatkan torsi, kunci dapat lebih mudah diputar, dan risiko kerusakan pada kunci atau mekanisme penguncian dapat diminimalkan.
5. Membuka Tutup Botol dengan Mudah
Contoh torsi lainnya yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah saat membuka tutup botol, terutama botol dengan tutup yang kencang seperti botol soda atau air mineral. Ketika kita memutar tutup botol dengan tangan, kita menerapkan gaya pada tutup botol, yang berada pada jarak tertentu dari poros putar di tengah botol. Gaya ini menghasilkan torsi yang memutar tutup tersebut sehingga dapat terbuka.
Jika tutup botol sangat kencang, kita dapat menggunakan alat bantu seperti pembuka botol untuk meningkatkan torsi. Alat pembuka botol ini biasanya memiliki pegangan yang lebih panjang, yang berfungsi untuk memperbesar lengan momen dan, dengan demikian, meningkatkan torsi yang dihasilkan. Ini memudahkan kita untuk membuka tutup botol tanpa harus menggunakan gaya yang terlalu besar.
6. Menggunakan Kunci Pas atau Kunci Inggris
Kunci pas atau kunci Inggris adalah alat yang sering digunakan untuk mengencangkan atau melonggarkan mur dan baut, dan ini juga merupakan contoh momen gaya yang jelas dalam kehidupan sehari-hari. Ketika kita menggunakan alat ini, kita menerapkan gaya pada ujung gagang kunci, yang menghasilkan torsi pada mur atau baut yang kita coba putar.
Panjang gagang kunci pas adalah lengan momen, dan semakin panjang gagang kunci, semakin besar torsi yang bisa kita hasilkan dengan gaya yang sama. Ini sangat penting ketika kita berhadapan dengan mur atau baut yang keras atau berkarat, karena torsi yang lebih besar dapat membantu melonggarkan mur atau baut tanpa memerlukan gaya yang sangat besar dari pengguna.
7. Menggunakan Gunting untuk Memotong Kertas atau Kain
Saat menggunakan gunting untuk memotong kertas, kain, atau bahan lainnya, kita juga menerapkan prinsip torsi. Ketika kita menekan gagang gunting, kita menerapkan gaya pada jarak tertentu dari poros atau sumbu putar gunting. Lengan momen adalah jarak antara poros gunting dan titik di mana gaya diterapkan. Torsi yang dihasilkan oleh gaya ini menyebabkan bilah gunting berputar dan memotong material yang diletakkan di antara bilah tersebut.
Contoh ini sangat berguna untuk memahami bagaimana torsi bekerja dalam alat-alat sederhana yang sering kita gunakan setiap hari. Dengan memahami prinsip torsi, kita dapat lebih mengerti bagaimana cara kerja alat-alat ini dan bagaimana kita dapat menggunakannya dengan lebih efektif.
8. Memutar Keran Air
Saat kita memutar keran air untuk membuka atau menutup aliran air, kita sedang menerapkan torsi pada keran tersebut. Gaya yang kita berikan pada gagang keran, yang berada pada jarak tertentu dari poros keran, menghasilkan torsi yang memutar katup di dalam keran untuk mengontrol aliran air. Panjang gagang keran menentukan lengan momen, dan dengan lengan momen yang lebih panjang, kita bisa menghasilkan torsi yang lebih besar dengan gaya yang lebih kecil, sehingga memudahkan kita untuk membuka atau menutup keran, terutama jika keran tersebut sudah tua atau kaku.
9. Menggunakan Pemutar Roda untuk Mengganti Ban Mobil
Ketika kita menggunakan pemutar roda atau kunci roda untuk mengganti ban mobil, kita juga menerapkan torsi pada baut roda. Pemutar roda biasanya memiliki gagang yang panjang, yang berfungsi sebagai lengan momen. Gaya yang kita terapkan pada gagang tersebut menghasilkan torsi yang cukup besar untuk memutar baut roda dan melonggarkan atau mengencangkan baut tersebut.
Semakin panjang gagang pemutar roda, semakin besar torsi yang bisa dihasilkan. Ini sangat membantu dalam situasi di mana baut roda sangat kencang atau berkarat, karena torsi yang lebih besar memungkinkan kita untuk melonggarkan baut dengan lebih mudah tanpa harus menggunakan banyak tenaga.
10. Menggerakkan Engsel Pintu yang Berkarat atau Kaku
Keran air yang tua atau engsel pintu yang berkarat sering kali sulit untuk dibuka atau ditutup. Dalam kasus ini, penerapan torsi sangat penting. Saat kita memutar pegangan pintu atau keran yang kaku, kita menerapkan gaya pada jarak tertentu dari poros pintu atau keran. Torsi yang dihasilkan oleh gaya ini memutar mekanisme di dalam keran atau pintu untuk mengontrol gerakannya.
Jika kita menggunakan alat tambahan seperti tang untuk memutar keran atau membuka pintu yang kaku, kita meningkatkan lengan momen dan torsi yang dihasilkan, sehingga memudahkan kita untuk membuka atau menutup pintu atau keran yang kaku.
Hubungan Antara Torsi dan Momen Inersia
Torsi tidak dapat dipisahkan dari konsep momen inersia, yang merupakan ukuran kelembaman sebuah benda terhadap perubahan gerak rotasinya. Salah satu contoh momen inersia dalam kehidupan sehari-hari adalah roda mobil. Roda yang lebih besar atau lebih berat memiliki momen inersia yang lebih besar, sehingga membutuhkan lebih banyak torsi untuk memutar roda tersebut.
Misalnya, pada mobil balap, roda sering kali dirancang dengan momen inersia yang rendah untuk memungkinkan akselerasi yang cepat. Sebaliknya, pada kendaraan berat seperti truk, roda memiliki momen inersia yang lebih besar untuk memberikan stabilitas pada kendaraan saat bergerak.
Jika Anda ingin memahami lebih dalam tentang fisika, termasuk konsep-konsep seperti momen gaya, torsi, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, mencari bimbingan dari seorang guru bisa menjadi langkah yang tepat. Di Superprof, Anda dapat menemukan guru fisika terbaik yang siap membantu Anda menguasai materi dengan cara yang mudah dipahami dan sesuai dengan kebutuhan Anda. Jangan ragu untuk mengunjungi Superprof dan mulai perjalanan belajar fisika Anda hari ini!
Apa Anda menyukai artikel ini? Berikan penilaian Anda
Loading...
