Bank Soal Fisika SMA Keseimbangan Benda Tegar

Diketahui:

Massa papan $m_{\text{P}}$ = 1 kg

Massa balok $m_{\text{B}}$ = 5 kg

Jarak antar tumpuan $l$ = 1 m

Percepatan gravitasi $g$ = 10 m/s²

Ditanya:

Gaya normal $N_1$ = $N_2$ = ?

Jawab:

Keadaan seimbang adalah keadaan di mana total torsi yang bekerja pada suatu sistem adalah nol.

Kita gambarkan dahulu gaya-gaya yang bekerja. Torsi atau momen gaya adalah besaran yang menunjukan seberapa besar gaya yang diberikan untuk memutar suatu benda terhadap suatu poros tertentu.

Pada sistem ini, nilai $N_1$ dan $N_2$ akan sama karena peletakan benda bersifat simetris (balok tepat berada di tengah-tengah papan). Tentukan poros pada salah satu tumpuan. Misalnya, tumpuan $N_2$ akan dipilih sebagai poros sehingga torsi pada $N_2$ akan bernilai nol.

$\Sigma\tau=0$

$\tau_{\text{N}_1}-\tau_{\text{P}}-\tau_{\text{B}}=0$ (karena torsi akibat berat papan dan balok menyebabkan perputaran berlawanan arah jarum jam)

$\tau_{\text{N}_1}=\tau_{\text{P}}+\tau_{\text{B}}$

$N_1l_{\text{N}_1}=w_{\text{P}}l_{\text{P}}+w_{\text{B}}l_{\text{B}\text{}}$

$N_1l_{\text{N}_1}=m_{\text{P}}gl_{\text{P}}+m_{\text{B}}gl_{\text{B}\text{}}$

$N_1\left(1\right)=1\left(10\right)\left(0,5\right)+5\left(10\right)\left(0,5\right)$

$N_1=5+25$

$N_1=30$ N

Jadi, besar gaya normal yang terjadi pada kedua tumpuan adalah sebesar 30 N.