Menggelinding dan Selip Mikrajuddin Abdullah Fisika Dasar I 2016

Bab 9 Benda Tegar dan Elastisitas 661 gesekan kinetik baru terjadi pada roda yang selip karena ada gerak relative antara permukaan jalan dan permukaan roda. squidoo.com R f s  Gambar 9.20 Gaya gesekan antara roda dengan jalan menyebabkan perputaran roda Misalkan jari-jari roda adalah R dan gaya gesekan statik antara roda dengan jalan adalah f s . Besarnya momen gaya yang bekerja pada salah satu roda adalah R f s   9.19 Misalkan momen inersia roda terhadap pusat massa adalah I pm maka percepatan sudut rotasi roda terhadap pusat massa adalah Bab 9 Benda Tegar dan Elastisitas 662 pm s pm I R f I     9.20 Selama roda menggelinding murni tanpa terjadi slip, gaya gesekan antara roda dengan jalan adalah gaya gesekan statik. Telah kita pelajari bahwa untuk gaya gesekan statik berlaku hubungan f s   s N, dengan  s koefisien gesekan statik dan N gaya normal yang bekerja pada roda. Substitusi hubungan ketidaksamaan ini ke dalam persamaan 9.20 diperoleh pm s I R N    9.21 Persamaan 9.21 menyatakan bahwa percepatan rotasi roda agar tidak selip memiliki batas maksimum. Nilai terbesar percepatan rotasi yang bisa dimiliki roda agar tidak selip adalah pm s maks I NR    9.22 Pada bab sebelumnya, kita sudah membahas hubungan antara percepatan rotasi dan percepatan translasi, yaitu a = R. Percepatan translasi maksimum agar roda tidak selip adalah a maks =  maks R. Persamaan ini mengisyaratkan bahwa percepatan maksimum yang diijinkan agar tidak terjadi selip sangat ditentukan oleh koefisien gesekan antara roda dengan jalan. Koefisien gesekan mengecil jika jalan licin atau ban kendaraan aus. Itu sebabnya mengapa saat hujan kendaraan sangat mudah tergelincir. Kondisi terjandinya selip dan tidak selip dapat diringkas sebagai berikut: a Roda tidak mengalami selip atau menggelinding murni jika Bab 9 Benda Tegar dan Elastisitas 663 i maks a a  ii Percepatan sudut dan percepatan translasi memenuhi hubungan a = R. b Roda mengalami selip jika i maks a a  ii Percepatan sudut dan percepatan translasi memenuhi ketidaksamaan a R. Untuk menekan kemungkinan terjadi selip maka ban kendaraan yang beroperasi di jalan licin atau berlumpur memiliki kembang-kembang yang kasar Gambar. 9.21. Ketika kembang pada ban kendaraan mulai aus maka harus segera diganti dengan ban yang baru. otosia.com maslasno.blogspot.com Gambar 9.21 kiri ban untuk kendaraan yang beroperasi di jalan licin dan kanan ban kendaraan umum yang bergerak di jalan raya. Mengapa kendaraan kecil lebih mudah tergelincir daripada Bab 9 Benda Tegar dan Elastisitas 664 kendaraan besar? Gaya normal pada persamaan 9.19 tidak hanya ditentukan oleh massa roda tetapi oleh massa kendaraan secara keseluruhan termasuk muatan. Kendaraan besar mendapat gaya normal yang besar sehingga percepatan maksimum agar tidak tergelincil sangat besar. Akibatnya kendaraan besar lebih sulit tergelincir.

9.9 Energi Kinetik Benda Tegar

Gerakan benda tegar umumnya merupakan kombinasi dari gerak translasi pusat massa dan gerak rotasi terhadap pusat massa Gambar 9.22. Akibatnya, energi kinetik yang dimiliki benda tegar yang sedang bergerak merupakan gabungan dari energi kinetik dua macam gerakan tersebut. i Energi kinetik translasi pusat massa adalah 2 2 1 pm trans Mv K  9.23 dengan M massa benda dan v pm laju pusat massa. ii Energi kinetik rotasi terhadap pusat massa adalah 2 2 1 pm pm rot I K   9.24 dengan I pm momen insersia terhadap pusat massa dan  pm laju rotasi terhadap pusat massa. Dengan demikian energi kinetik total benda tegar yang sedang bergerak adalah Bab 9 Benda Tegar dan Elastisitas 665 rot trans tot K K K   9.25 pm  pm v pm Gambar 9.22 Secara umum gerakan benda tegar merupakan gabungan gerak translasi pusat massa dan gerak rotasi terhadap pusat massa. Dengan demikian, energi kinetik benda tegar merupakan jumlah energi kinetik translasi pusat massa dan energi kinetik rotasi terhadap pusat massa. Contoh 9.9 Sebuah benda kecil dengan massa 1,5 kg ditempatkan pada ujung batang tak bermassa. Ketika berputar dengan kecepatan sudut 10 rads, energi kinetik yang dimiliki benda tersebut adalah 300 J. Hitung a momen inersia benda, b jarak benda ke sumbu rotasi, dan c kecepatan translasi benda Jawab Momen inersia benda 2 2 10 300 2 2     K I = 6 kg m 2 Jarak benda ke sumbu rotasi