Kesetimbangan Benda Tegar
Kenapa Menara Pisa tidak roboh? Itu semua karena letak titik pusat menara Pisa masih berada di dalam alasnya sehingga menara tetap dalam keadaan stabil.
1. Syarat Kesetimbangan
Menurut Hukum Pertama Newton, apabila resultan gaya-gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, percepatan benda tersebut juga akan sama dengan nol. Dalam hal ini, dapat diartikan bahwa benda berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan tetap. Kondisi ini berlaku untuk gerak translasi dan gerak rotasi. Apabila pada benda berlaku hubungan ∑ F = 0 dan ∑ τ = 0 (a = 0 dan α = 0) maka dikatakan benda tersebut dalam keadaan setimbang.
Benda yang berada dalam keadaan setimbang tidak harus diam, akan tetapi harus memiliki nilai percepatan linier a = 0 (untuk gerak translasi) dan percepatan sudut α = 0 (untuk gerak rotasi). Sebaliknya, benda yang diam pasti berada dalam keadaan setimbang. Dengan demikian, keadaan setimbang itu terdapat dua macam, yaitu.
a. Setimbang statik (benda diam)
v = 0 dan ω = 0
∑ F = 0 dan ∑ τ = 0
b. Setimbang mekanik (benda bergerak translasi atau rotasi)
a) Setimbang translasi --> benda bertranslasi dengan v konstan.
b) Setimbang rotasi (untuk benda tegar) --> benda berotasi dengan ω konstan.
2. Pusat Massa dan Titik Berat Benda
Benda tegar yang melakukan gerak rotasi, memiliki pusat massa yang tidak melakukan gerak translasi (v = 0). Berada dengan sebuah partikel yang bergerak melingkar beraturan, partikel tersebut memiliki pusat massa yang melakukan gerak translasi (v tidak sama dengan 0) dengan arah yang selalu berubah karena adanya percepatan sentripetal, dimana F tidak sama dengan 0.
Letak pusat massa suatu benda menentukan kestabilan (kesetimbangan) benda tersebut. Jika dari titik pusat massa benda ditarik garis lurus ke bawah dan garis tersebut jatuh pada bagian alas benda, dikatakan benda berada dalam keadaan setimbang stabil. Namun, apabila garis lurus yang ditarik dari titik pusat massa jatuh diluar alas benda maka benda dikatakan tidak stabil.
Menara Pisa yang miring masih tetap dapat berdiri selama berabad-abad. Mengapa menara tersebut tidak jatuh? Dari Ilustrasi gambar di atas dapat dilihat bahwa garis yang ditarik dari pusat massa menara masih jatuh pada alasnya sehingga menara berada dalam keadaan stabil (setimbang)
Agar tidak mudah berguling, benda dirancang dengan dasar (alas) yang lebar dan ttik pusat massa yang rendah. Perhatikan gambar berikut!
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin lebar alas suatu benda, gaya yang dibutuhkan untuk menggulingkannya akan semakin besar karena jarak yang dibutuhkan untuk menaikkan titik pusat massa benda (ditandai tanda panah) sehingga benda dapat digulingkan juga besar.
Titik berat benda adalah titik tangkap gaya berat suatu benda, di mana titik tersebut dipengaruhi oleh medan gravitasi. Penentuan letak titik berat ini dapat dilakukan dengan mudah apabila benda bersifat homogen dan beraturan (seperti kubus, bola, dan silinder). Apabila benda tidak homogen atau tidak beraturan, penentuan titik beratnya adalah sebagai berikut.
Anggaplah benda berupa kumpulan titik-titik massa, yaitu m1, m2, m3, dan seterusnya yang terletak pada koordinat (x1. y1), (x2, y2), (x3, y3), dan seterusnya.
Titik berat benda terhadap sumbu-x adalah:
Titik berat benda terhadap sumbu-y adalah:
