Fisika Kelas 11 | Cara Gampang Memahami Konsep Momen Inersia

Kresnoadi

Sep 17, 2019 • 9 min read

Konsep Pelajaran SMA Kelas XI Fisika XI


Fisika Kelas 11 | Cara Gampang Memahami Konsep Momen Inersia

Artikel Fisika kelas 11 ini membahas tentang konsep momen inersia, serta contoh penerapannya di kehidupan sehari-hari

--

Coba perhatikan mainan di atas deh. Benda-benda yang akan diluncurkan itu punya bentuk yang berbeda-beda. Mulai dari kotak, bola pejal (padat), bola berongga, silinder pejal, maupun cincin. Menurut kamu, jika semuanya dilepaskan secara bersamaan dari atas, benda mana yang pertama kali sampai bawah?

 

 

Biar kayak judul-judul berita heboh, maka sekarang perlu tambahan kalimat: Bendanya tidak akan terduga dan kamu harus cari tahu di akhir artikel ini!

Cihuy gak?

Well, untuk mencari tahu jawabannya, kita perlu memahami konsep Momen Inersia. Ini tuh topik yang masih nyambung banget sama torsi dari tulisan Momen Gaya dan Misteri Gagang Pintu. Pastiin baca dulu ya sebelum lanjut ke sini.

Kalau Torsi/Momen Gaya merupakan suatu besaran yang diperlukan untuk membuat benda berotasi pada porosnya, Momen Inersia merupakan suatu ukuran kelembaman/suatu benda untuk berputar pada porosnya.

Fisika Kelas 11 | Cara Gampang Memahami Konsep Momen Inersia

 

Masih ingat dengan konsep kelembaman? Newton pernah menjelaskan ini dalam Hukum Newton I. Dia berkata bahwa benda yang diam akan tetap diam, dan yang bergerak akan tetap bergerak. Kecenderungan benda untuk “mempertahankan diri” (diam tetap diam atau yang gerak tetap bergerak) ini disebut dengan inersia. Perhatikan gif di bawah deh:

contoh inersia di kehidupan sehari-hariSumber: ZonePhysics via Twitter

 

Nah, itu adalah contoh paling sederhana dari inersia. Di mana daun yang sebelumnya diam, akan tetap "berusaha untuk diam”, sebelum akhirnya terkena gaya gravitasi. Satu hal yang perlu kamu ingat dari sifat lembam adalah: benda yang memiliki inersia besar, cenderung susah diperlambat atau dipercepat.

Baca juga: Apakah Hantu Itu Benar-Benar Ada? Ini Pendapat Ilmuwan

Lalu, apa kaitannya Inersia dengan Momen Inersia? Kalau inersia adalah kelembaman untuk gerak translasi (pergerakan yang sifatnya lurus/linier), Momen Inersia merupakan kelembaman untuk gerak rotasi (pergerakan yang sifatnya muter dari poros).

Sekali lagi nih.

Inersia: gerak translasi.

Momen Inersia: gerak rotasi.

Fisika Kelas 11 | Cara Gampang Memahami Konsep Momen Inersia

Oke. Sekarang kita kembali ke pertanyaan awal:

Kalau semua benda di ramp itu kita lepaskan, mana yang akan sampai bawah duluan?

Ya, yang paling cepat tiba adalah rasa rindu ketika dia tiba-tiba menghilang. Huhuhu.

Anyway, pertama-tama kita perlu tahu konsep Momen Inersia terhadap benda-benda begini. Secara fisika, benda-benda kayak gini dianggap terdiri dari partikel-partikel super kecil yang membentuknya. Berapa banyak partikelnya? O, jelas. Beribu juta tentunya dongs (lebay). Setiap partikel di benda ini punya momen inersianya masing-masing. Penghitungannya adalah dengan mengalikan massa partikel dengan kuadrat jari-jari partikel terhadap poros benda.

I = ∑ mnRn2

I = m1R12 + m2R22 + ... + mnRn2

Alhasil, Momen Inersia si benda adalah penjumlahan seluruh momen inersia dari partikel benda tersebut. Berhubung tiap benda punya bentuk yang berbeda, maka muncullah konstanta bentuk untuk setiap benda. Sederhananya, perhatiin infografik di bawah:

Fisika Kelas 11 | Cara Gampang Memahami Konsep Momen Inersia

Dari sini kita jadi tahu bahwa massa dan jarak berpengaruh terhadap momen inersia. Semakin jauh jarak massa benda terhadap poros, makin besar momen inersianya.

Hmmm. Seperti familiar ya kalimat di atas. Semakin jauh jaraknya, semakin besar pula kangennya. Betul, Saudara. Momen inersia adalah kita.

pengaruh massa terhadap momen inersiaSumber: Crash Course via Youtube

 

Kedua, tanamkan dalam kepala bahwa benda yang duluan sampai ke bawah berarti punya kecepatan (v) paling besar.

Itu artinya, kita perlu mengecek kondisi energi dari setiap benda. Secara matematis kita tahu bahwa seluruh energi kinetik dari benda yang bergerak lurus (dalam kasus ini, si kubus), merupakan energi kinetik translasi. Maka arti dari segala arti, kita bisa menuliskanya dengan:

EKkotak = 1/2 mv2

Di sisi lain, benda selain kubus, setelah kita lepaskan, akan turun dengan menggelinding. Artinya, sebagian energi kinetiknya akan digunakan untuk gerak rotasi. Waduh, terus gimana tuh cara ngitung Energi Kinetiknya?

Baca juga: Memahami Energi Kinetik dan Potensial Pada Fisika

Gampang. Coba liat perbandingan gerak translasi dan rotasi di gambar berikut:

perbandingan gerak translasi dan rotasi - Fisika Kelas 11 | Cara Gampang Memahami Konsep Momen Inersia

Jadi, kita tinggal ganti aja massa dengan momen inersia dan kecepatan linier dengan kecepatan sudut sehingga energi kinetiknya menjadi:

EKrotasi = 1/2 Iω2

Nah, semua perhitungan matematis sudah kita kumpulin. Sekarang, kita bisa langsung ngebedah dengan gampang permasalahan benda mana yang turun paling cepat ini. First thing first, cari tahu semua jenis energi yang ada di benda ini. Kalo bahasa fisikanya mah, kita tinja....u.

Semua benda saat masih di atas ramp (belum dilepas), masih diam. Bendanya juga punya ketinggian kan? Itu artinya, energinya masuk ke dalam energi potensial. Penghitungannya berarti: massa benda x gravitasi x tinggi ramp

Ep = mgh

Sekarang, semua benda kita lepaskan.

Semua benda kecuali kotak, tentu lama-kelamaan akan berotasi.

Itu artinya, benda-benda ini mengalami dua jenis gerak: gerak translasi (saat si benda turun), dan gerak rotasi (benda berputar saat menggelinding).

Alhasil, ini akan mengubah energi potensialnya menjadi energi kinetik translasi (energi untuk membuat benda meluncur turun) plus kinetik rotasi (energi untuk membuat benda berotasi). 

Sementara buat si kubus, seluruh energi potensialnya hanya berubah menjadi energi kinetik translasi.

rumus energi potensial dan kinetik dalam momen inersia

Jadi yang sampai paling bawah duluan adalah…

Kotak!

Iya, bingung gak? Soalnya, untuk ke-empat benda lain, selain untuk merosot ke bawah, ada energi yang digunakan benda “untuk membuatnya berotasi”. Di sisi lain, energi potensial yang dikeluarkan kotak, seluruhnya digunakan untuk membuatnya merosot ke bawah.

Ya, kita ngomongin ini dengan catatan nggak ada gaya gesek yang bekerja di perosotan si kotak ya. Anggap aja si kotak ini kereta maglev.

 

Klik gambar di atas buat tahu simulasinya!

 

Masalahnya, siapa di antara ke-empat benda lain yang turun paling cepat? Wah, ini gampang banget. Pembuktian secara matematisnya gini: kita tinggal cek benda apa yang paling kecil mengubah energi potensialnya menjadi energi kinetik rotasi.

Caranya?

Ya, tinggal cek aja momen inersia (I) setiap benda.

Kita tinggal liat dari konstanta bentuk di rumus momen inersia di atas. Benda mana yang punya konstanta bentuk paling kecil, itu lah yang punya kecepatan (v) paling besar.

Jadi urutannya:

1. Kotak (I = 0)

2. Bola pejal (I = 2/5 mR2)

3. Silinder pejal (I = 1/2 mR2)

4. Bola berongga (I = 2/3 mR2)

5. Cincin (I = 1 mR2)

momen inersia fisika sma

Penjelasannya begini. Kita coba ambil dua contoh ya. Benda bola pejal dan cincin, deh. Bola pejal kan solid, jadi massa-nya tersebar dengan baik di pusat. Bandingkan dengan cincin. Massa-nya hanya tersebar di bagian tipis yang padat itu. Ini ngebuat persebaran massa-nya lebih jauh dari titik pusat. Dan, kayak yang udah kita bahas di atas, makin jauh jarak massa benda, makin besar juga momen inersianya.

Nah, karena energi yang dipakai untuk momen inersia (energi kinetik rotasi) besar, maka energi yang digunakan untuk energi kinetik translasi jadi kecil (kecepatannya jadi lambat).

Gimana, gimana? Paham gak? Sekarang udah tahu kan konsep dari momen inersia, hubungannya dengan inersia, dan torsi. Kalau kamu ingin coba memahami materi ini sekali lagi, cobain aja tonton video animasinya di ruangbelajar, lalu kerjain soal-soalnya untuk bisa mengerti dengan lebih optimal!

ruangbelajar

Beri Komentar

Recent Posts