Tuas Tidak Seimbang: Keuntungan Mekanis
1 · Memprediksi
Poros tuas ini di tengah, sama seperti tuas klasik — tetapi gaya kanan diterapkan hanya 1 m dari poros, sedangkan gaya kiri berjarak 2 m. Jika dorongan 50 N pada jarak 2 m diimbangi oleh dorongan pada jarak 1 m, apakah gaya itu lebih besar, sama, atau lebih kecil dari 50 N?
- Lebih besar dari 50 N
- Sama dengan 50 N
- Lebih kecil dari 50 N
2 · Pengaturan
- Buka preset Tuas Tidak Seimbang. Sebuah balok kaku dipasang tepat di tengahnya, seperti tuas klasik — tetapi kedua gaya ke bawah diterapkan pada jarak yang berbeda: 2 m di kiri, 1 m di kanan. Gaya ke bawah 50 N mendorong pada tanda 2 m.
- Klik panah gaya kiri pada balok dan catat kekuatannya di Inspektor, lalu klik panah gaya kanan dan lakukan hal yang sama. Perhatikan kedua lengan memiliki panjang yang berbeda.
- Untuk setiap baris di bawah, atur kekuatan gaya kiri dan kanan di Inspektor agar sesuai, jalankan simulasi, pilih balok, dan baca nilai torsi τ = r × F dari panel Matematika.
3 · Kumpulkan Data
| Gaya Kiri (N) | Gaya Kanan (N) | Torsi Bersih (dari sim) (N·m) | τ = r × F (dihitung) (N·m) |
|---|---|---|---|
| 50.00 | 100.00 | ||
| 50.00 | 50.00 | ||
| 20.00 | 100.00 |
Plot perbedaan gaya (Gaya Kanan − Gaya Kiri) pada sumbu x terhadap torsi total yang Anda ukur pada sumbu y — ingat lengannya tidak sama, jadi torsinya 1 m × Gaya Kanan − 2 m × Gaya Kiri. Apa yang dimaksud dengan kemiringan dan di manakah garis tersebut memotong titik nol?
4 · Analisis
- Untuk setiap baris, hitung dengan tangan 1 m × Gaya Kanan − 2 m × Gaya Kiri. Bandingkan dengan torsi bersih yang Anda baca dari panel Matematika sim. Apakah mereka cocok?
- Pada baris 1, dorongan 50 N pada lengan 2 m menyeimbangkan dorongan 100 N pada lengan 1 m — gaya berbeda, torsi sama. Apa yang harus berlaku antara sebuah gaya dan jaraknya dari poros agar tuas seimbang?
5 · Perluas
- Gerobak dorong juga merupakan tuas: lengan Anda mengangkat gagang sekitar 2 m dari roda (poros) sementara beban berada dekat roda. Jika beban berbobot 200 N dan berada 0,5 m dari roda, berapa gaya ke atas yang harus Anda berikan pada gagang untuk menyeimbangkannya? Berapa jika beban berada di ujung baki?
- Palu cakar mencabut paku, linggis, dan pemecah kacang semuanya tuas dengan lengan tidak sama. Pilih salah satu dan kenali porosnya, gaya yang diterapkan, dan beban yang dipindahkannya — lalu jelaskan mengapa lengan pendek berada di sisi beban.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Torsi
Torsi adalah efek putaran suatu gaya terhadap suatu poros: τ = r × F, dengan r adalah jarak dari poros ke tempat gaya bekerja. Dengan lengan tidak sama, torsi yang sama membutuhkan gaya yang tidak sama — gaya 50 N yang berjarak 2 m dari poros menyeimbangkan gaya 100 N yang berjarak 1 m, karena keduanya menghasilkan 100 N·m.