ROTASI PADA BENDA BULAT DAN GAYA YANG BERPUTAR PADA POROSNYA

ROTASI PADA BENDA BULAT DAN GAYA YANG BERPUTAR PADA POROSNYA


EFEK BERNOUILLE

Bila gaya bekerja di luar titik berat benda, akan terjadi gerak translasi dan rotasi. Rotasi yang terjadi pada benda bulat (misal: bola sepakbola, bola tenis) disebut "Spin". 

Spin pada bola akan mempengaruhi laju dan lintasan gerak bola.
  • Bola yang melaju tanpa spin, gerakannya di udara tidak stabil (mengambang/floating, goyah, tidak kokoh/tumble). 
  • Bola yang melaju dengan spin yang tidak terlalu cepat , gerakannya di udara stabil, arahnya tetap.
  • Bola yang melaju dengan spin yang cepat sekali, akan terjadi efek gerak dan mengubah arah bola (efek Bernouille).
        Bila bola bergerak dari kanan ke kiri. Udara yang menerpa bola merupakan tahanan/tekanan yang arahnya dari kiri ke kanan. Tekanan ini disebut "Tekanan Dinamis". Lapisan udara di atas dan di bawah bola (boundary layers) merupakan tekanan statis. Bila pada bola terjadi spin atas (top spin) maka kedua tekanan statis tersebut akan terjadi perbedaan/kepadatan udara. Bila bola berputar, suatu lapisan tipis udara disekelilingnya ikut bergeser dengan bola dan terbawa berputar. Adanya spin atas, pertikel-pertikel di belakang bola, naik ke atas dan pertikel di depan, terbawa tekanan dinamis juga ke atas. Sebaliknya pertikel-pertikel di bawah bola oleh pengaruh tekanan dinamis dan putaran spin terlempar ke belakang bola. Akibat dari peristiwa tersebut,  tekanan statis di lapisan atas menjadi positif sedang di lapisan bawah negatif. Terjadilah gaya tekanan yang positif ke negatif atau dari atas ke bawah. Gaya tersebut disebut gaya"Magnus".

Pengaruh dari Spin menyebabkan:
  1. Perbedaan tekanan udara (tekanan statis).
  2. Perbedaan tekanan statis akan menimbulkan gaya Magnus yang arahnya dari yang lebih tinggi (positif) ke yang lebih rendah (negatif).
  3. Gaya Magnus akan menyebabkan berubahnya lintasan gerak, disebut sebagai efek "Bernouille". 

ASAS BERNOUILLE

Tekanan statis yang ditimbulkan oleh spin, mengikuti asas dari Bernouille. Asas tersebut mengatakan: "Makin besar gaya angin atau makin besar tekanan dinamisnya, maka perbedaan tekanan statis yang diakibatkannya akan semakin besar". Dengan kata lain "Tekanan dinamis berbanding lurus dengan perbedaan tekanan statisnya". Ini berarti bahwa perbedaan tekanan statis pada permukaan yang berseberangan (boundary layer) akan semakin besar, dan gaya magnus juga makin besar; berarti efek terhadap lintasan gerak akan semakin besar pula. Asas Bermouille ini tidak hanya berlaku pada arus angin, tetapi juga pada arus air (cairan). 

Percobaan lain dari asas Berbouille: Diantara 2 bola pingpong ditiupkan angin melalui buluh bambo, di tengah bola terjadi arus angin (tekanan dinamis). Di sisi bola tekanan statisnya berbeda antara yang negatif dan yang positif. Dari tekanan positif ke negatif terjadi gaya Magnus. Jadi kedua bola akan saling mendekat. 


EFEK SPIN

Sebenarnya efek yang ditimbulkan oleh spin pada bola yang bergerak, yaitu stabilitas. Bola yang bergerak tanpa spin akan mengambang (floating), sedangkan bola dengan spin tidak mudah berubah arah.
 
Efek dari spin tergantung dari:
  1. Berat bola. Makin ringan bolanya, makin besar efek dari spin
  2. Kecepatan spin bola. Makin besar kecepatan bola, makin besar tahanan udara yang bekerja, sehingga perbedaan tekanan statis, makin besar pula efeknya.
  3. Kecepatan spin bola. Makin besar putaran bola (spin) makin besar pengaruh gaya Magnus yang mengubah arah.   
Lintasan Yang Dipengaruhi Oleh Spin
  • Spin atas atau spin depan (top spin/forward spin) akan menyebabkan bola tertekan ke bawah hingga bola:
          1. Jatuhnya lebih dekat
          2. Jatuhnya lebih cepat
          3. Sudut jatuhnya lebih besar
          4. Sudut pantulnya lebih kecil
  • Spin bawah atau spin belakang (bottom spin/backward spin) akan menyebabkan bola tertekan ke atas sehingga bola:
          1. Jatuhnya lebih jauh
          2. Jatuhnya lebih lama 
  • Spin dengan putaran kesamping  prinsipnya adalah sama. Spin kiri/kanan atas searah/berlawanan jarum jam, akan menyebabkan bola melengkung dan keluar dari garis lurusnya
          1. Spin kiri/melawan jarum jam
          2. Spin kanan/searah jarum jam


Pantulan Bola 

Efek dari spin terhadap pantulan adalah:
  • Bola yang dijatuhkan tegak lurus.
Bola yang dijatuhkan tegak lurus, akan memantul kembali dengan tegak lurus, tetapi bila bola dijatuhkan dengan spin pantulannya akan berubah arah.  
  1. Bola jatuh tanpa spin, dipantulkan kembali ke atas. Bola yang datang  sama besar dengan bola pantul. dengan asumsi semua kejadian dianggap elastisitas bolanya sempurna.
  2. Bola jatuh dengan spin. Sesuai dengan hukum Newton III, saat bola jatuh, ada aksi dari spin ke lantai, dan lantai mengadakan reaksi kepada bola. Aksi sama besar dengan reaksi, tetapi berlawanan arah. Pada saat memantul kembali, bola dipengaruhi oleh dua model gaya, yaitu bola pantul dan reaksi spin. Dua gaya tersebut menghasilkan Resultan.
  3. Seperti halnya pada point (2), bola jatuh dengan spin, saat bola jatuh ada reaksi dari spin ke lantai, tetapi arahnya berbeda dengan point (2). Resultannya diperoleh dari bola pantul dan reaksi.
  • Bola yang dipantulkan menyudut.
Bola yang dipantulkan menyudut akan memantul kembali seperti halnya bayangan yang dibiaskan oleh kaca cermin. Sudut saat bola datang sama dengan sudut saat memantul kembali.
  1. Bola yang datang dengan sudut tegak lurus dengan lantai terhadap garis normal akan dipantulkan kembali dengan sudut tegak lurus terhadap garis normal.     
  2. Bola dengan spin atas memantul dengan sudut tegak lurus, spin mengadakan aksi ke lantai dan reaksinya dari lantai ke bola adalah reaksi spin. Pantulan yang sebenarnya adalah resultan dari bola pantul dan reaksi spin. Resultan merupakan diagonal dari jajaran genjang.
  3. Bola dengan spin bawah, prinsipnya adalah sama dengan Point (2). Resultannya merupakan gabungan gaya dari bola pantul dengan resultan.  

PENGERTIAN MOMEN 

Pada saat kita memegang beban yang berupa stik bisbol yang dapat digeser pada batangnya. Kalau stik bisbol tersebut berada dekat tangan terasa ringan. Bila stik bisbol digeser manjauh tangan maka stik bisbol terasa berat. Sebenarnya berat stik bisbol itu tetap, tetapi mengapa jika jauh dari tangan terasa lebih berat ? Yang menyebabkan lebih berat adalah "Momen".

Apakah Momen itu ?  

Contohnya: Cobalah buka keran air, kemudian tutup kembali. Sekarang pegang setir mobil dan belokkan ke kiri dan ke kanan. 

Anda telah melakukan aktivitas yang disebut memuntir. Saat memuntir, anda mengerahkan kekuatan (gaya) yang berputar pada porosnya. Bila pada sebuah benda dikerahkan suatu gaya yang berputar pada porosnya, maka pada benda tersebut terjadi suatu puntiran yang besarnya sama dengan gaya dikali dengan lengan dari gaya. Lengan dari gaya adalah terdekat dari gaya ke porosnya. Puntiran adalah "torque" atau Momen.  
    
        Bila anda memainkan permainan jungkat-jungkit (seesaw), berat badan dari masing-masing anda tersebut merupakan gaya yang menyebabkan terjadinya momen. Dan bila anda memegang kunci reng/baut dan mengerahkan kekuatan yang berputar pada porosnya, terjadilah momen. Kalau puntiran itu arahnya sama dengan arah jarum jam disebut momen yang positif, sedangkan sebaliknya disebut momen negatif.

"Besarnya Momen tergantung dari besarnya Gaya yang bekerja dan besarnya Lengan dari Gaya" 

Pada permainan jungkat-jungkit bekerja gaya-gaya sehingga terjadi momen terhadap porosnya. Gaya yang sebelah kiri menyebabkan terjadinya momen negatif, yaitu momen yang arahnya berlawanan dengan jarum jam, sedangkan yang kanan terjadi momen positif (searah jarum jam). 

        Contohnya, dapat dibayangkan pada Lengan momen pada berbagai Sudut Tekukan Siku. Bahwa lengan momen yang terbesar adalah bila siku ditekuk dengan sudut 120 derajat. Bila lengan momennya besar, dengan sendirinya momen gerakannya juga besar. Yang berarti bila posisi siku lengan ditekuk 120 derajat kemampuannya untuk melawan beban/tekanan juga akan besar. Secara teori dapat disimpulkan bahwa efek kerja paling besar pada siku adalah bilamana siku tersebut dalam posisi ditekuk 120 derajat. Tetapi dalam kenyataannya tidak demikian, sebab dalam posisi ini otot memendek atau panjang otot berubah, tidak sama dengan panjang otot pada posisi 30 derajat sampai dengan 60 derajat. 

        Tempurung lutut (patella) merupakan perangkat yang dapat meringankan beban otot yang bekerja. Patella berfungsi sebagai katrol dan merupakan konstruksi yang dapat memperbesar lengan momen quadriceps. Dengan lengan momen yang besar, efek kerjanya sebagai ekstensor lutut melompat sangat besar. Bersamaan dengan Gluteus max, quadriceps dapat mengembangkan kekuatan yang besar untuk menolak dari lutut yang ditekuk dan badan yang membungkuk.


MOMEN DAN PUTARAN BADAN 

Momen yang ditimbulkan oleh sebuah gaya terhadap poros, akan menyebabkan benda/badan berputar. Contoh gerakan memutar ini dapat dilihat pada seorang pesenam. Kalau seorang pesenam setelah mengambil awalan kemudian menolak pada papan-tolakan (beatboard), dan pada saat menolak badan pesenam condong kedepan sehingga tubuhnya berada didepan gaya tolakan, maka yang terjadi kecuali badan terangkat ke atas, dia juga akan berputar.

Contoh aktivitas lain yang melibatkan momen adalah salto ke depan dan ke belakang menggunakan tremplin, dimana putaran badan disebabkan oleh karena bekerjanya sebuah "momen"

Salto depan menyebabkan terjadinya putaran ke depan: 
  • Reaksi dari kekenyalan / elastisitas tremplin (gaya mengerem dari kaki)
  • Kecepatan awalan
Salto belakang menyebabkan terjadinya putaran ke belakang:
  • Reaksi dari kekenyalan / elastisitas  tremplin (gaya mengerem dari kaki)
  • Kecepatan dari gerak jatuh.