Momen Gaya (Torsi): Pengertian, Rumus dan Contoh Soal dengan Penjelasan Terlengkap

Posted on

Sebuah benda dapat bergerak dengan lintasan lurus (translasi) maupun bergerak dengan lintasan melingkar (rotasi). Gerak rotasi merupakan gerakan benda yang bergerak terhadap sumbu putarnya. Gaya yang membuat benda berputar disebut dengan torsi (𝜏) atau momen gaya.

Apa itu torsi / Momen gaya?

Untuk lebih jelasnya, dibawah ini akan dijelaskan secara rinci tentang momen gaya /torsi, meliputi pengertian torsi, rumus torsi dan contoh soal momen gaya secara lengkap.

Baca Juga : Gaya Normal dan Penjelasannya

Pengertian Momen Gaya / Torsi

Menurut ilmu mekanika, torsi atau momen gaya adalah besaran yang menyatakan gaya yang bekerja pada sebuah benda sehingga menyebabkan benda bergerak melingkar (berotasi) pada porosnya. Dapat dikatakan jika momen gaya (torsi) merupakan penyebab timbulnya gerak melingkar.

Besaran fisika pada momen gaya mirip dengan gaya yang bekerja pada gerak linear (translasi). Bedanya pada momen gaya (torsi) sebagai penyebab eksternal yang menyebabkan benda bergerak melingkar tidak hanya bergantung pada besarnya gaya saja, namun juga tergantung dari arah dan jarak titik gaya ke poros atau sumbu.

Dalam fisika, momen gaya atau torsi disimbolnya dengan Yunani τ (dibaca: tau) dan dalam Satuan Internasional (SI) dinyatakan dalam satuan Newton meter (Nm).

Berdasarkan jenis satuannya, momen gaya termasuk jenis besaran turunan dan merupakan besaran vektor karena memiliki nilai dan arah.

Baca Juga : Resultan Gaya dan Penjelasannya

Arah Momen Gaya

Terdapat kesepakatan tentang arah momen gaya yang ditetapkan berdasarkan arah putaran jarum jam. Kesepakatan tersebut adalah:

  1. Momen gaya (torsi), τ, bernilai positif jika cenderung memutar benda searah putaran jarum jam.
  2. Momen gaya (torsi), τ, bernilai negatif jika cenderung memutar benda berlawanan arah putaran jarum jam.

Selain dari kesepakatan tersebut, arah momen gaya juga bisa ditentukan berdasarkan aturan tangan kanan. Perhatikan gambar dibawah!

Jika kita mengepalkan keempat jari tangan, arah jari-jari tangan menunjukkan arah r dilanjutkan dengan F, maka arah ibu jari yang ditegakkan menyatakan arah momen gaya (torsi). Sedangkan aturan tangan kanan ini mirip dengan sumbu putar pada sekrup.

Baca Juga : Gaya Gravitasi dan Penjelasannya

Dimensi Momen Gaya (Torsi)

Dimensi momen gaya dapat ditentukan dengan melakukan analisis pada satuan momen gaya. Rumus yang digunakan yaitu:

Dimensi Momen Gaya = Newton . meter
= kg . m/s . m
= [M].[L].[T]-1.[L]
= [M].[L]2.[T]-1

Rumus Momen Gaya (Torsi)

Secara matematis, momen gaya atau torsi (T) merupakan hasil perkalian vektor antara jarak sebuah titik (r) terhadap gaya (F) yang mempengaruhi titik tersebut. Rumus yang berlaku yaitu:

τ = r x F

Keterangan:
τ = vektor momen gaya (Nm)
r = vektor jarak (m)
F = vektor gaya (N)

Aturan perkalian silang antara vektor r dan vektor F akan menghasilkan besar momen gaya yan dirumuskan sebagai berikut:

τ = r . F . sin θ

Keterangan:
θ = sudut yang dibentuk antara r dan F (o)

Karena r.sin θ adalah lengan momen (l), maka momen gaya disebut juga sebagai hasil kali antara gaya dengan lengan momen, dirumuskan:

τ = F . l

Keterangan:
l = lengan momen (m)

Jika garis kerja gaya (F) tegak lurus atau membentuk sudut 90o terhadap (r), maka rumus momen gaya bisa disingkat menjadi:

τ = r . F
(karena sin 90o = 1)

Sedangkan jika  terdapat lebih dari satu gaya yang bekerja pada benda, maka momen gaya total benda adalah resultan momen gaya akibat masing-masing gaya, dirumuskan:

Στ = τ1 + τ2 +…+ τn

Keterangan:
Στ = resultan momen gaya (Nm)
τ1 = momen gaya akibat gaya 1 (Nm)
τ2 = momen gaya akibat gaya 2 (Nm)
τn = momen gaya akibat gaya n (Nm)

Baca Juga : Gaya Pegas dan Penjelasannya

Contoh Momen Gaya dalam Kehidupan Sehari-hari

Dibawah ini merupakan beberapa contoh momen gaya yang ditemui dalam kehidupan sehari-hari, antara lain seperti:

1. Momen gaya (Torsi) pada gagang pintu
Memutar gagang pintu merupakan salah satu contoh momen gaya yang sering kita lakukan setiap hari. Agar pintu bisa di buka maka kita perlu memutar gagangnya dan memberikan gaya.

Ada banyak pilihan tentang di titik mana bagian gagang pintu tersebut akan diberikan gaya. Namun titik terbaik gaya berada di titik paling jauh dari poros gagang. Titik tersebut yang menghasilkan gaya terbesar sehingga gagang pintu lebih mudah berputar.

2. Momen gaya (Torsi) pada Engsel Pintu
Engsel pintu merupakan alat yang digunakan untuk menghubungkan daun pintu dengan kusen, yang juga berfungsi sebagai poros ketika pintu terbuka atau tertutup. Perhatikan gambar ilustrasi dibawah ini.

Pada gambar diatas, titik terbaik sebagai tempat bekerjanya gaya berada pada titik C karena letaknya paling jauh dari engsel (poros). Di titik tersebut pintu lebih mudah terbuka karena memiliki momen gaya yang lebih besar.

3. Momen gaya (Torsi) pada kunci inggris
Kunci inggris adalah alat yang digunakan untuk melonggarkan atau mengencangkan baut dan mur. Kunci inggris memiliki rahang yang bisa di geser-geser. Saat membuka baut atau mur, rahang kunci inggris ddijepitkan pada mur atau baut yang akan dibuka. Selanjutnya montil akan menekan bagian handle kunci inggris untuk memulai proses kegiatan.

Kunci inggris memiliki beberapa titik kerja gaya, yaitu titik A, B dan C. Rahang penjepit berfungsi sebagai poros pada saat menjepit mur atau baut. Titik kerja terbaik pada kunci inggris berada di titik C. Di titik C, montir akan mendapatkan momen gaya paling besar dibandingkan pada titik A dan titik B.

4. Momen gaya (Torsi) pada Jungkat Jungkit
Jungkat jungkit merupakan salah satu contoh momen gaya (torsi). Titik tumpu jungkat jungkit merupakan porosnyam dan bagian yang diduduki merupakan titik bekerjanya gaya. Sedangkan jarak antara masing-masing titik tumpu disebut dengan lengan gaya.

Jika masing-masing anak memiliki berat yang sama menaiki jungkat-jungkit, dan jaraknya dari titik tumpu juga sama, maka momen gaya yang dihasilkan oleh kedua anak tersebut adalah sama besar.

Namun jika salah satu anak memundurkan posisi duduknya ke belakang, maka anak tersebut akan memperbesar momen gayanya pada jungkat-jungkit sehingga akan berputar ke arah anak tersebut searah jarum jam.

Baca Juga : Gaya Gesek dan Penjelasannya

Contoh Soal Momen (Torsi)

Soal 1:

Perhatikan gambar dibawah ini:

Jima massa batang diabaikan, berapakah besar momen gaya terhadap titik C adalah:

Penyelesaian:

Disumbu rotasi C, gaya F1 dan F2 menyebabkan batang berputar searah jarum jam sehingga τ1 dan τ2 positif sedangkan gaya F3 menyebabkan batang berputar berlawanan arah jarum jam sehingga τ3 negatif. Jadi besar momen gaya di titik C sebagai berikut:

τ = τ1 + τ2 – τ3
τ = F1 . L1 + F2 . L2 – F3 . L3
τ = 4N . 2m + 6N . 1m sin 30o – 6N . 2m
τ = 8Nm + 3Nm – 12Nm = -1Nm

Jadi besar torsi di titik C = 1Nm. Tanda negatif menunjukkan batang berputar berlawanan arah jarum jam.

Soal 2:

Perhatikan gambar dibawah ini:

Besar resultan momen gaya terhadap poros di titik O oleh gaya-gaya yang bekerja pada batang jika massanya diabaikan adalah…

Penyelesaian:

Di sumbu rotasi O, gaya F1 dan F2 menyebabkan batang berotasi berlawanan arah jarum jam sehingga τ1 dan τ2 negatif. F3 menyebabkan batang berotasi searah jarum jam sehingga τ3 positif. Jadi besar torsi di sumbu rotasi O sebagai berikut:

τ = (-τ1) + (-τ2) + τ3
τ = -F1 L1 – F2 L2 + F3 L3
τ = -6N . 1m – 6N . 2m sin 30o + 4N . 2m
τ = -6Nm – 6Nm + 8Nm
τ = -4Nm

Jadi momen gaya yang bekerja pada batang disumbu rotasi O sebesar -4Nm. Tanda negatif menunjukkan batang berputar berlawanan arah jarum jam.

Baca Juga : Tekanan Udara dan Penjelasannya

Demikian artikel mengenai Momen Gaya (Torsi) dan Penjelasannya. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.