2. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Gerak Rotasi
Vektor Momentum Sudut
Sistem Partikel
Momen Inersia
Dalil Sumbu Sejajar
Dinamika Benda Tegar
Menggelinding
Hukum Kekekalan Momentum Sudut Benda Tegar
Statika Benda Tegar
Bahan CakupanBahan Cakupan
3. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Gerak Rotasi & Pergeseran Sudut
Tinjau dahulu besaran-besaran vektor gerak rotasi.
Satuan SI untuk pergeseran
sudut adalah radian (rad)
Dalam proses rotasi, pergeseran sudut:
12 θθθ −=∆
°=
°
= 3,57
2
360
rad1
π
4. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Gerak Rotasi & Pergeseran Sudut
kecepatan sudut sesaat:
dt
d
ttt
θθ
ωω =
∆
∆
==
→∆→∆ 00
limlim
kecepatan sudut rata-rata:
t
θ
tt
θθ
∆
∆
=
−
−
=
12
12
ω
Satuan SI untuk kecepatan sudut adalah
radian per detik (rad/s)
Arah kecepatan sudut sama dengan arah pergeseran sudut.
5. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Gerak Rotasi & Pergeseran Sudut
Arah kecepatan sudut:
Aturan tangan kanan
6. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Gerak Rotasi & Pergeseran Sudut
Percepatan sudut sesaat:
Percepatan sudut rata-rata:
ttt ∆
∆
=
−
−
=
ωωω
α
12
12
dt
d
tt
ωω
α =
∆
∆
=
→∆ 0
lim
Satuan SI untuk percepatan sudut adalah
radian per detik (rad/s2
)
Arah percepatan sudut sama dengan arah kecepatan sudut.
7. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Persamaan Kinematika Rotasi
8. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Perumusan Gerak Rotasi
Kecepatan tangensial:
{ {
tangensial
kecepatan
linear
kecepatan
ωrv = ( )rad/sdalamω
tangensial
percepatan
linear
percepatan
αra = ( )2
rad/sdalamα
Percepatan tangensial:
9. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Perumusan Gerak Rotasi
r
r
v
ar
2
2
ω==
Percepatan sentripetal (dng arah radial ke
dalam):
10. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Torsi – Momen gaya
Torsi didefenisikan
sebagai hasil kali
besarnya gaya
dengan panjangnya
lengan
11. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Torsi – Momen gaya
Torsi berarah positif apabila gaya menghasilkan
rotasi yang berlawanan dengan arah jarum jam.
Satuan SI dari Torsi: newton.m (N.m)
12. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Vektor Momentum Sudut
Momentum sudut L dari sebuah benda yang
berotasi tehadap sumbu tetap didefenisikan
sbb:
)vrm(prL
×=×=
sinl mvr
rp rmv
r p r mv
φ
⊥ ⊥
⊥ ⊥
=
= =
= =
•Satuan SI adalah Kg.mSatuan SI adalah Kg.m22
/s./s.
13. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Vektor Momentum Sudut
Perubahan momentum sudut terhadap waktu
diberikan oleh:
( )
d
dt
d
dt
L
r p= ×
( )
d
dt
d
dt
d
dt
r p
r
p r
p
× = ×
+ ×
( )= ×
=
v vm
0
Jadi d
dt
d
dt
L
r
p
= × l ingat F
p
EXT
d
dt
=
14. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Vektor Momentum Sudut
Perubahan momentum sudut terhadap waktu
diberikan oleh:
d
dt
d
dt
L
r
p
= × EXTF
dt
d
×= r
L
Akhirnya kita peroleh:
τEXT
d
dt
=
L
Analog dengan !!F
p
EXT
d
dt
=
15. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA Hukum Kekekalan Momentum
Sudut
dimana danτEXT
d
dt
=
L τEXT EXT= ×r FL r p= ×
τEXT
d
dt
= =
L
0Jika torsi resultan = nol, makaJika torsi resultan = nol, maka
Hukum kekekalan momentum sudutHukum kekekalan momentum sudut
21 ωω 21 II =
16. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Hukum Kekekalan Momentum
Linear
o Jika ΣF = 0, maka p konstan.
Rotasi
o Jika Στ = 0, maka L konstan.
17. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA Momentum Sudut:
Defenisi & Penurunan
Untuk gerak linear sistem partikel berlaku
Momentum kekal jika
Bagaimana dng Gerak Rotasi?
F
p
EXT
d
dt
=
FEXT = 0
L r p= ×
τ = ×r FUntuk Rotasi, Analog gaya FF adalah Torsi
Analog momentum pp adalah
momentum sudut
p = mv
18. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Sistem Partikel
Untuk sistem partikel benda tegar, setiap partikel
memiliki kecepatan sudut yang sama, maka
momentum sudut total:
1 2 3
1
n
n i
i
L l l l l l
=
= + + +×××××××+ = ∑
,
1 1
n n
i
net i net
i i
dL dl
dt dt
τ τ
= =
= = =∑ ∑
Perubahan momentum sudut sistem hanya disebabkan olehPerubahan momentum sudut sistem hanya disebabkan oleh
torsi gaya luar saja.torsi gaya luar saja.
19. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
i
j
Sistem Partikel
kˆvrmm
i
iii
i
iiii
i
i ∑=∑ ×=×∑= vrprL
Perhatikan sistem partikel benda tegar yg berotasi pd
bidang x-y, sumbu rotasi z. Total momentum sudut
adalah jumlah masing2 momentum sudut partikel:
rr1
rr3
rr2
m2
m1
m3
ωvv2
vv1
vv3
Arah LL sejajar sumbu z
Gunakan vi = ω ri , diperoleh
ω
I=L
(krn ri dan vi tegak lurus)
Analog dng p = mv !!
krmL
i
2
ii
ˆ∑= ω
20. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Vektor Momentum Sudut
DEFINISI
Momentum sudut dari sebuah benda yang
berotasi tehadap sumbu tetap adalah hasil
kali dari momen inersia benda dengan
kecepatan sudut terhadap sumbu rotasi
tersebut.
Demikan juga dengan torsi (Hk II Newton
untuk gerak rotasi):
ω
I=L
α
ωω
τ
I
dt
d
I
dt
Id
dt
Ld
====
)(
21. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Jika tidak ada torsi luar, L kekal. Artinya bahwa
hasil perkalian antara I dan ω kekal
L Iω=
L Iω= L Iω=
2
i iI m r= ∑
Vektor Momentum Sudut
22. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Momen Inersia
Momen Inersia bagi suatu sistem partikel benda tegar
didefenisikan sebagai
I = momen inersia benda tegar,
menyatakan ukuran inersial sistem untuk berotasi
terhadap sumbu putarnya
...
2
22
2
11
2
++==∑ rmrmrmI
i
ii
23. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Momen Inersia
Untuk benda yang mempunyai distribusi massa kontinu,
momen inersianya diberikan dalam bentuk integral
∫ ∫== dVρrdmrI 22
dm
x
y
z
dmrIrmI i
i
i ∫∑ =⇒= 22
dldrdrdV ⋅⋅= θ
Dimana Elemen Volume
24. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Momen Inersia
dimana rdr : perubahan radius,
dθ : perubahan sudut,
dl : perubahan ketebalan.
dldrdrdV ⋅⋅= θ
25. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Momen Inersia
Untuk lempengan benda dibawah ini, momen
inersia dalam bentuk integral
( )dldrdrrI ⋅⋅= ∫ θρ2
Asumsi rapat massa ρ konstan
Kita dapat membaginya dalam
3 integral sbb:
( ) ( ) ( )∫∫∫ ⋅⋅=
LR
dldrdrrI
0
2
00
2
π
θρ
26. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Momen Inersia
Hasilnya adalah
[ ] [ ]
L
R
I
l
r
I
L
R
⋅⋅=
⋅⋅
=
πρ
θρ
π
2
4
4
4
0
2
0
0
4
LRM ⋅⋅⋅= 2
πρ
Massa dari lempengan
tersebut
2
2
1
MRI =Momen Inersia benda
27. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Dalil Sumbu Sejajar
Untuk benda tegar bermassa M yang berotasi terhadap
sumbu putar sembarang yang berjarak h dari sumbu sejajar
yang melalui titik pusat massanya (ICM diketahui), momen
inersia benda dapat ditentukan dengan menggunakan:
Dalil Sumbu Sejajar
2
MhII cm +=
28. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Momen Inersia:
ℓ ℓ
a
b
2
12
1
mlI =
2
mRI =
)(
12
1 22
bamI +=
R
2
5
2
mRI =
2
2
1
mRI =
2
3
1
mlI =
R
29. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Dinamika Benda Tegar
Mengikuti analog dari gerak translasi, maka kerja
oleh momen gaya didefenisikan sbb:
2
1
2
2
2
1
2
12
1
2
1
ωωωωθτ
θ
θ
ω
ω
IIdIdW −=== ∫ ∫
30. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Energi Kinetik Rotasi
Suatu benda yang bergerak rotasi, maka energi
kinetik akibat rotasi adalah
( ) ( ) 222
2
1
2
1
ωω ∑∑ == iiii rmrmK
∑= 2
iirmI
2
2
1
ωIK =
Dimana I adalah momen inersia,
31. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Energi Kinetik Rotasi
Linear Rotasi
2
2
1
ωIK =2
2
1
MvK =
Massa
Kecepatan
Linear
Momen
Inersia
Kecepatan
Sudut
32. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Prinsip Kerja-Energi
Sehingga, teorema Kerja-Energi untuk gerak rotasi
menjadi:
2
1
2
2
2
1
2
12
1
2
1
ωωωωθτ
θ
θ
ω
ω
IIdIdW −=== ∫ ∫
2
2
1
ωIKrotasi =rotasiKW ∆= dimana
Bila ,maka sehingga0=τ
0=W
0=∆ rotK Hukum Kekekalan En. Kinetik Rotasi
33. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Menggelinding
Menggelinding adalah peristiwa translasi dan
sekaligus rotasi
34. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA Gerak Menggelinding: rotasi danGerak Menggelinding: rotasi dan
translasitranslasi
s Rθ= Ban bergerak dengan laju ds/dt
com
d
v R
dt
θ
ω⇒ = =
35. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA Gerak Menggelinding: rotasi danGerak Menggelinding: rotasi dan
translasitranslasi
36. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA Gerak Menggelinding: rotasi danGerak Menggelinding: rotasi dan
translasitranslasi
The kinetic energy of rolling
2 21
2
2 2 21 1
2 2
2 21 1
2 2
P P com
com
com com r t
K I I I MR
K I MR
K I Mv K K
ω
ω ω
ω
= = +
= +
= + = +
37. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA Gerak Menggelinding Di Bidang MiringGerak Menggelinding Di Bidang Miring
θ θ
R x
P
sf
r
gF
r
singF θ
cosgF θ
N
r Gunakan:Gunakan: torsi =torsi = II αα
sing PR F Iθ α× =
coma Rα= −
Maka:Maka:
2
sin P comMR g I aθ = −
2
P comI I MR= +
2
sin
1 /
com
com
g
a
I MR
θ
= −
+
38. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Menggelinding
Total energi kinetik benda yang menggelinding
sama dengan jumlah energi kinetik translasi
dan energi kinetik rotasi.
2
0
2
0
2
1
2
1
ωImvK +=
ω
V0
39. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Total Dengan Gerak Rotasi
40. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
Suatu benda tegar dikatakan setimbang
apabila memiliki percepatan translasi sama
dengan nol dan percepatan sudut sama
dengan nol.
Dalam keadaan setimbang, seluruh resultan
gaya yang bekerja harus sama dengan nol,
dan resultan torsi yang bekerja juga harus
sama dengan nol:
ΣFx
= 0 dan ΣFy
= 0
Στ = 0
Kesetimbangan Benda Tegar
41. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA Hubungan Besaran
Gerak Linear - Rotasi
Linear Rotasi
x (m) θ (rad)
v (m/s) ω (rad/s)
a (m/s2
) α (rad/s2
)
m (kg) I (kg·m2
)
F (N) τ (N·m)
p (N·s) L (N·m·s)
42. Dr. Linus Pasasa MS /Fisika Dasar I
DEPARTMEN FISIKA
linear angular
perpindahan
kecepatan
percepatan
massa
gaya
Hk. Newton’s
energi kinetik
Kerja
x∆ θ∆
dtdxv /= dtd /θω =
dtdva /= dtd /ωα =
m ∑= 2
iirmI
F
r
ατ I=maF =
Fr
rrr
×=τ
2
)2/1( mvK = 2
)2/1( ωIK =
∫= FdxW ∫= θτdW
Hubungan Besaran
Gerak Linear - Rotasi