Ilmu fisika adalah bidang ilmu yang mempelajari tentang sifat alam semesta, termasuk gerak benda. Gerak benda merupakan perubahan posisi suatu benda terhadap waktu. Dalam ilmu fisika, terdapat cabang-cabang yang membahas tentang gerak benda, salah satunya adalah cabang ilmu fisika tentang gerak benda TTS.
Apa itu TTS?
TTS adalah singkatan dari Translasi, Translasi dan Rotasi. Translasi adalah gerakan suatu benda dari satu titik ke titik lainnya tanpa mengalami perubahan arah. Sedangkan rotasi adalah gerakan suatu benda yang berputar pada sumbu tertentu. Gerakan translasi dan rotasi kerap terjadi bersamaan pada suatu benda. Oleh karena itu, dalam cabang ilmu fisika tentang gerak benda TTS, diperlukan pemahaman tentang kedua jenis gerakan tersebut.
Gerak Translasi pada Benda TTS
Gerak translasi pada benda TTS dapat dijelaskan dengan hukum Newton yang pertama. Hukum ini menyatakan bahwa suatu benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus dengan kecepatan tetap, apabila tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut. Namun, pada kenyataannya, selalu ada gaya yang bekerja pada benda. Oleh karena itu, gerak translasi pada benda TTS biasanya dijelaskan dengan hukum Newton yang kedua.
Hukum Newton yang kedua menyatakan bahwa percepatan suatu benda sebanding dengan besar gaya yang bekerja pada benda dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut. Dalam hal ini, massa benda TTS harus diperhatikan dengan seksama karena massa yang besar akan mengurangi percepatan benda. Begitu juga dengan gaya, semakin besar gaya yang bekerja pada benda TTS, semakin besar pula percepatan benda tersebut.
Gerak Rotasi pada Benda TTS
Gerak rotasi pada benda TTS dapat dijelaskan dengan hukum Newton yang ketiga. Hukum ini menyatakan bahwa setiap aksi memiliki reaksi yang sama besar dan berlawanan arah. Dalam hal ini, rotasi pada benda TTS seringkali dijelaskan menggunakan momen inersia.
Momen inersia adalah sifat benda yang menentukan seberapa sulit benda tersebut untuk berputar terhadap sumbu tertentu. Semakin besar momen inersia, semakin sulit pula benda untuk berputar. Selain itu, momen inersia juga dipengaruhi oleh bentuk dan distribusi massa benda. Oleh karena itu, penentuan momen inersia pada benda TTS menjadi sangat penting dalam cabang ilmu fisika tentang gerak benda TTS.
Contoh Soal Gerak Benda TTS
Untuk memahami lebih jauh tentang cabang ilmu fisika tentang gerak benda TTS, berikut ini adalah contoh soal gerak benda TTS:
Sebuah benda TTS berbentuk tabung dengan massa 10 kg dan jari-jari 0,5 m. Benda tersebut dijatuhkan dari ketinggian 2 m dan berputar secara vertikal terhadap sumbu yang melalui titik tengah tabung. Tentukan waktu benda tersebut mencapai lantai dan kecepatan rotasi benda saat menyentuh lantai.
Penyelesaian:
Untuk menghitung waktu benda mencapai lantai, dapat digunakan persamaan gerak jatuh bebas:
h = 0,5gt^2
Dimana:
- h = ketinggian (2 m)
- g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2)
- t = waktu yang diinginkan
Substitusi nilai:
2 = 0,5 × 9,8 × t^2
Sehingga:
t = 0,64 detik
Untuk menghitung kecepatan rotasi benda saat menyentuh lantai, dapat digunakan persamaan:
v = ωr
Dimana:
- v = kecepatan rotasi
- ω = kecepatan sudut
- r = jari-jari benda
Kecepatan sudut dapat dihitung dengan persamaan:
ω = √(2gh/I)
Dimana:
- g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2)
- h = ketinggian (2 m)
- I = momen inersia benda
Momen inersia benda tabung dapat dihitung dengan persamaan:
I = ½mr^2
Substitusi nilai:
I = ½ × 10 × (0,5)^2 = 1,25 kgm^2
ω = √(2 × 9,8 × 2 / 1,25) = 6,27 rad/s
Kecepatan rotasi dapat dihitung dengan:
v = ωr = 6,27 × 0,5 = 3,14 m/s
Kesimpulan
Cabang ilmu fisika tentang gerak benda TTS sangat penting untuk memahami sifat gerakan pada suatu benda. Gerak translasi dan rotasi pada benda TTS dapat dijelaskan dengan hukum Newton. Selain itu, momen inersia juga menjadi faktor penting dalam memahami gerak rotasi pada benda TTS. Dengan pemahaman yang baik tentang cabang ilmu fisika tentang gerak benda TTS, kita dapat menjawab soal-soal yang berkaitan dengan gerak benda TTS dengan mudah dan akurat.
