Torsi & Hukum Tuas
Hukum Tuas
Kemampuan sebuah gaya untuk memutar sesuatu di sekitar poros bergantung pada seberapa keras Anda mendorong dan seberapa jauh dari poros Anda mendorong. Gaya yang sama yang diberikan lebih jauh dari poros menciptakan daya putar yang lebih besar, itulah sebabnya kunci pas yang panjang melonggarkan baut yang keras kepala lebih mudah daripada kunci pas yang pendek.
Rumus
τ = r · F
- τ — torsi (N·m): daya putar sebuah gaya di sekitar poros
- r — lengan tuas (m): jarak dari poros ke tempat gaya itu diberikan
- F — gaya (N): dorongan atau tarikan yang diberikan tegak lurus terhadap lengan tuas
Contoh yang diselesaikan
Anda mendorong tegak lurus pada sebuah kunci pas di titik 0,5 meter dari baut, dengan gaya 20 N. Berapa torsi yang Anda berikan?
- r = 0.5 m
- F = 20 N
- τ = r · F
- τ = 0.5 m × 20 N
τ = 10 N·m
Uji diri Anda
Gaya 20 N yang sama kini diberikan pada lengan tuas 1 meter alih-alih 0,5 meter. Berapa torsi yang baru?
- 10 N·m
- Jawaban benar: 20 N·m
- 40 N·m
Benar! Torsi berskala langsung dengan lengan tuas: 1 m × 20 N = 20 N·m.
Sebuah beban 40 N berada 1 meter dari poros di satu sisi jungkat-jungkit. Berapa gaya yang dibutuhkan pada 2 meter dari poros di sisi lain untuk menyeimbangkannya?
- Jawaban benar: 20 N
- 40 N
- 80 N
Tepat sekali — keseimbangan berarti r₁F₁ = r₂F₂: 1 m × 40 N = 2 m × F₂, sehingga F₂ = 20 N.
Di mana Anda melihatnya
Kunci panjang melonggarkan baut yang macet lebih mudah daripada yang pendek, tombol pintu duduk jauh dari engsel sehingga dorong kecil mengayun pintu berat, dan jungkat-jungkit seimbang ketika orang ringan duduk lebih jauh dari pusat daripada yang berat. Ketiganya adalah aturan yang sama: gaya diterapkan lebih jauh dari pivot memiliki efek turning lebih besar.
Kesalahan umum
Mudah berpikir gaya yang lebih besar selalu menang di pivot, tetapi gaya yang lebih kecil diterapkan lebih jauh dapat mengalahkan gaya yang lebih besar diterapkan dekat — itu adalah seluruh poin tuas. Siswa juga terlalu memperpanjang ide: hanya komponen gaya tegak lurus terhadap lengan tuas yang berkontribusi pada torsi, jadi gaya yang mendorong langsung sepanjang lengan menuju pivot tidak memutar apa pun.
Bagaimana ini terhubung
Torsi adalah kembar rotasi hukum kedua Newton — gaya menyebabkan akselerasi linear, torsi menyebabkan akselerasi rotasi, dengan logika mendasar yang sama. Gaya sentripetal, berikutnya, kembali ke gaya Newtonian garis lurus tetapi untuk kasus khusus sesuatu yang bergerak dalam lingkaran daripada berputar di sekitar pivot tetap.