"DuniafisikaBerbagi"

Titik Berat Benda Dan Rumus Mencarinya

Saturday, December 14th 2013. | rumus fisika

Semua benda yang ada di permukaan bumi dipengaruhi oleh percepatan yang mengarah ke pusat bumi yang disebut gravitasi(disimbolkan g). Percepatan inilah yang menyebabkan benda bermassa mengalami gaya berat yang arahnya ke pusat bumi.

Gaya Berat (W) = m x g

Sebuah benda dapat sobat anggap tersusun atas partikel-partikel berukuran kecil yang mempunyai berat. Resultan dari berat partikel-partikel kecil itu membentuk resultan gaya berat yang mempunyai titik tangkap. Titik tangkap dari resultan gaya tersebut disebut titik berat benda. Dengan demikian dapat didefinisikan bahwa titik berat suatu benda merupakan titik tangkap resultan semua gaya berat yang bekerja pada setiap partikel penyusun benda tersebut.

Bagaimana Menetukan Titik Berat Suatu Benda?

Coba sobat perhatikakan gambar di bawah di atas. Misalkan ada sebuah benda tegar yang sobat bagi-bagi menjadi beberapa bagian-bagian yang lebih kecil. Bagian-bagian tersebut kemudian kita sebut dengan partikel. Jika kita namakan partikel tersebut partikel 1,2,3,…, n dan masing-masing memiliki berat W₁, W₂, W₃, …, Wn dan masing-masing memiliki titik tangkap gaya berat di (x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃),….,(x_n,y_n). Setiap partikel akan menghasilkan suatu momen gaya terhadap titik asal koordinat yang besarnya sama dengan perkalian gaya berat (massa x g) dikali dengan lengan momennya (x).

τ1 = W₁ . x₁
τ2 = W₂ . x₂
τ3 = W₃ . x₃
τn = W_n . x_n

Sekarang kita akan coba menentukan koordinat gaya berat (W) yang akan menghasilkan efek yang sama dengan semua pada semua partikel-partikel yang menyusunnya. Dari momen gaya total yang dihasilkan oleh W yang bekerja pada titik berat (misal x_o) dirumuskan

τo = W. xo = W₁ . x₁ +  W₂ . x₂ + W₃ . x₃ + … + W_n . x_n

karena W =  W₁+ W₂+ W₃+ … + Wn maka didapat rumus titik berat benda

seandainya benda dan sumbu-sumbu pembandinganya (sumbu x dan sumbu y) diputar 90 derajat maka gaya gravitasi akan berputar 90 derajat pula. Tidak ada perubahan sedikitpun pada berat total benda. Tetapi besarnya momen gaya dari tiap partikel akan berubah karena lengan momennya bukan lagi jark x dari titik pusat melainkn jarak y dari titik pusat. Jika titik berat benda pada sumbu y adalah y_o maka cara menentukan posisi y_o bisa menggunakan rumus

 
Dari kedua rumus di atas, sobat bisa perhatikan kalau dari rumus
W = m.g sehingga
W₁ = m₁.g₁, W₂ = m₂.g₂, dan seterusnya dengan demikian variable g dapat kita coret sehingga kita bisa mencari titik berat benda dari massa partikel dengan menggunakan rumus

Keterangan Rumus
x_o = absis (x) dari titik berat benda
y_o = ordinat (y) dari titik berat benda
m_i = massa partikel ke-i
x_i = absis titik tangkap dari partikel ke-i
y_i = ordinat titik tangkap dari partikel ke-i

Titik Berat Benda Homogen Berdimensi Tiga
Ada hubungan antar massa dan volume m = ρV dengan ρ adalah massa jenis benda. Dengan demikian untuk setiap partikel m1 = ρ1 . v1, m2 = ρ2 . v2, dan seterusnya, sehingga absis dari titik berat benda dapat dihitung dengan rumus

karena ρ (rho) benda sama, maka bisa dicoret, menghasilkan persamaan:

Untuk memudahkan sobat mencari titik berat dari benda ruang (dimensi tiga) berikut tabel rumus

Titik berat benda pejal homogen berdimensi tiga

Silinder Pejal	yo = 1/2 t v = 1/2 πR2 t	t = tinggi silinder R = jari-jari lingkaran (alas)
Prisma Pejal Beraturan	Letak titik berat z pada titik tengah garis z1dan z3 yo = 1/2 l V = luas alas x tinggi	z1 = titik berat bidang alas z2 = titip berat bidang atas l = panjang sisi tegak v = volume prisma
Limas Pejal Beraturan	yo = 1/4 TT’ = 1/4 t V = 1/3 x luas alas x tinggi	TT’ = t = tinggi limas beraturan
Kerucut Pejal	yo = 1/4 t V = 1/3 πR2 t	t = tinggi kerucut R = jari-jari alas
Setengah Bola	yo = 3/8 R V = 4/6 πR3	R = jari-jari bola

Contoh Soal

Misal sobat punya sebuah benda pejal yang tersusun dari 2 buah bangun yaitu sebuah balok dan sebuahlimas segi empat dengan bentuk seperti gambar di bawah ini

Bangun I = kubus homogen dengan rusuk 10 m
Bandun II = limas pejal homogen dengan tinggi 8 m dana alas sesuai gambar

Pertanyaannya, dimana letak titik berat dari benda pejal tersebut?

a. 5,93 m dari alas bawah kubus	d. 6 m dari alas bawah kubus
b. 5 m dari alas bawah kubus	e. 6,47 m dari alas bawah kubus
c. 4,5 m dari alas bawah kubus

 Jawab
Kita uraikan masing-masing bangun
Bangun I : Kubus
y1 = 1/2 x panjang rusuk
y1 = 1/2 x 10 = 5 m

Volume = 10 x 10 x 10 = 1000m3

Bangun II : Limas

Karena titik berat kita hitung berdasarkan suatu acuan tetap (titik 0,0) dan ditanyakan titik berat dari bawah alas kubus maka,
y2 = 10 + 1/4 tinggi limas (lihat gambar)
y2 = 10 + 1.4 . 12
y2 = 12 m
Volume = 1/3 x 10 x 10 x 8 = 800/3 = 266,67 m3
Titik berat dari alas bawah kubus
yo = (V₁.y₁ + V₂.y₂)/(V₁+V₂)
yo = (5000 + 3200)/(1000+266,67)
yo = 8200/1266,67 = 6,47 m
Jadi letak titik berat benda adalah 6,47 meter dari alas bawah kubus.
Okey sobat, lain kesempatan kita akan bahas juga mengenai titik berat benda untuk benda homogen dua dimensi, benda beruang, dan juga kurva homogen.