Pernahkan ada datang ke sebuah Sirkus atau paling tidak menyaksikan lewat YouTube atau Televisi? Dalam pertunjukkan para penampil akan menunjukkan aksi gila dengan bergelantungan di ketinggian dengan batang besi yang kecil, menggunakan tongkat panjang sebagai kaki engran dan malah ada yang mencoba berjalan di atas seutas tali sambil memegang tongkat di ketinggian seperti tidak takut jatuh dan gravitasi tidak bekerja pada mereka.
Namun dalam pandangan fisika, hal tersebut bukan lah sihir ataupun sulap. Hal berbahaya yang mereka lakukan adalah modifikasi sains khususnya fisika menjadi sebuah pertunjukan. Apa yang dilakukan para performer ini tetap tunduk pada hukum fisika dan justru berhasil karena gaya gravitasi bekerja pada mereka.
Dalam fisika hal ini disebut sebagai Kesetimbangan Benda Tegar.
Kesetimbangan
Dalam Fisika, Benda tegar adalah istilah yang digunakan untuk merujuk benda yang tidak mengalami perubahan bentuk ketika diberikan gaya. Dengan demikian seluruh gaya yang bekerja pada benda tersebut hanya akan berdampak pada gerak benda. Kesetimbangan benda tegar adalah kondisi dimana sebuah benda mengalami gaya seimbang baik itu translasi maupun rotasi.
Syarat sebuah benda dikatakan berada dalam kesetimbangan yakni:
1. Resultan gaya yang bekerja sama dengan 0:
\Sigma F = 0
2. Resultan torsi yang bekerja sama dengan 0:
\Sigma τ = 0
Dalam tinjauan fisika Klasik, Benda tegar dianggap benda titik yakni memiliki ciri-ciri:
- Memiliki Pusat Massa sehingga massa benda tersebar ke seluruh benda secara seragam dan merata. Jika benda diletakkan pada pusat massa maka benda akan setimbang.
- Memiliki Titik berat atau lokasi dari pusat massa
A. Jenis-Jenis Kesetimbangan Benda Tegar
Berdasarkan dua syarat di atas maka dari kesetimbangan benda tegar terdiri dari jenis yakni seimbang dinamis yakni benda bergerak dengan kecepatan konstan baik translasi maupun rotasi dengan kecepatan tetap dan setimbang statis dimana benda tersebut dalam keadaan diam.
Kesetimbangan statis kemudian dibagi lagi ke dalam dua kelompok yakni
- Kesetimbangan Stabil : Kondisi dimana sebuah benda akan kembali ke posisi semula ketika diberikan sebuah gaya lalu gaya tersebut di lepas.
- Kesetimbangan Labil : Kondisi dimana benda dalam keadaan setimbang namun ketika diberi gaya maka benda tersebut akan berubah berubah posisi atau tidak kembali ke titik semula.
Contoh Kesetimbangan Stabil
Misalkan sebuah kelereng ditempatkan dalam sebuah wadah berbentuk setengah bola seperti pada gambar di bawah ini
Ketika sebuah gaya diaplikasikan ke kelereng misalnya ditarik ke atas, lalu gaya tersebut di lapas, maka kelereng akan bergerak ke dasar. Lama kelamaan gerak itu melabat dan kembali diam di dalam dasar wadah.
B. Penerapan Konsep
1. Batang dengan Satu Titik Pusat
Misalkan sebuah batang homogen dengan panjang 1 meter memiliki berat 40 N. Jika salah satu ujung batang adalah pusat rotasi dan sebuah tali diikatkan pada ujung lainnya agar batang tidak bergerak. Maka Tegangan tali dapat dihitung dengan konsep kesetimbangan benda tegar.
\Sigma τ = 0
pada gambar di atas akan ada dua gaya yang bekerja yakni W dan F dengan lengan W sebesar 0,5 m dari pusat dan lengan F sejauh 1 m dari pusat rotasi.
F.l_F-W.l_w = 0
F=\frac{W.l_w}{l_F} =\frac{(40 \ N)(0,5 \ m)}{1 \ m} = 20 N