SciSimulator
Kembali ke Eksperimen

Keseimbangan Tuas Panduan

FisikaPemulaWaktu baca: 3 menit

Ikhtisar

Pengungkit (tuas) adalah salah satu pesawat sederhana paling awal yang digunakan manusia. Eksperimen ini mensimulasikan neraca pengungkit laboratorium, membantu Anda menemukan hukum dinamis yang mengatur pengungkit dalam kesetimbangan melalui praktik langsung dengan beban. Anda akan menemukan bahwa kesetimbangan bergantung tidak hanya pada besarnya gaya, tetapi juga pada jarak dari titik penerapan gaya ke titik tumpu.

Latar Belakang

Prinsip pengungkit adalah salah satu hukum fisika paling awal yang ditemukan. Archimedes (c. 287–212 SM), seorang ilmuwan Yunani kuno, secara sistematis mempelajari kondisi kesetimbangan pengungkit dan membuat pernyataan terkenal: "Beri saya tempat untuk berdiri, dan saya akan menggerakkan bumi!" Ini menyoroti kekuatan pengungkit penguat gaya—dengan lengan pengungkit yang cukup panjang, gaya kecil pun dapat menyeimbangkan beban besar. Archimedes tidak hanya menjelaskan prinsip tersebut secara teoritis tetapi juga menerapkannya: ia dilaporkan merancang derek raksasa dan katapel untuk mempertahankan Syracuse melawan armada Romawi. Prinsip pengungkit tetap menjadi dasar teknik mesin dan desain arsitektur hingga saat ini.

Konsep Utama

Titik Tumpu (O)

OO

Titik tetap di mana pengungkit berputar.

Kuasa (F1F_1) / Beban (F2F_2)

FF

Gaya yang menyebabkan pengungkit berputar adalah Kuasa; gaya yang menentang rotasi adalah Beban (atau Resistansi).

Lengan Momen (L)

LL

Jarak tegak lurus dari titik tumpu ke garis kerja gaya. Ketika pengungkit horizontal, ini hanyalah jarak dari titik tumpu ke titik gantung.

Formula & Penurunan

Syarat Kesetimbangan Pengungkit

F1L1=F2L2F_1 L_1 = F_2 L_2
Kuasa dikali Lengan Kuasa sama dengan Beban dikali Lengan Beban. Sering disebut "Prinsip Momen".

Torsi (Momen Gaya)

M=F⋅LM = F \cdot L
Hasil kali gaya dan lengan momen adalah Torsi. Inti dari kesetimbangan pengungkit adalah bahwa jumlah torsi searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam adalah nol.

Langkah Eksperimen

  1. 1

    Menyeimbangkan Pengungkit

    Pastikan pengungkit seimbang secara horizontal sebelum menggantung beban apa pun. Dalam simulasi ini, pengungkit dimulai dalam keadaan seimbang.
  2. 2

    Eksperimen Kesetimbangan Sama

    Gantung 2 beban pada jarak 2 unit dari titik tumpu di sebelah kiri. Coba gantung 2 beban pada 2 unit di sebelah kanan. Apakah pengungkit kembali ke kesetimbangan?
  3. 3

    Eksperimen Kesetimbangan Tidak Sama

    Biarkan sisi kiri seperti adanya (2 beban pada 2 unit). Coba gantung 4 beban pada 1 unit di sebelah kanan, atau 1 beban pada 4 unit di sebelah kanan. Hitung apakah "Gaya × Jarak" sama di kedua sisi.
  4. 4

    Menurunkan Aturan

    Ubah jumlah dan posisi beban beberapa kali. Catat nilai-nilainya saat seimbang untuk memverifikasi apakah F1L1=F2L2F_1 L_1 = F_2 L_2 berlaku.

Hasil Pembelajaran

  • Memahami lima elemen pengungkit: Titik Tumpu, Kuasa, Beban, Lengan Kuasa, Lengan Beban
  • Menguasai syarat kuantitatif untuk kesetimbangan: F1L1=F2L2F_1 L_1 = F_2 L_2
  • Menyadari bahwa "Lengan Momen" adalah jarak tegak lurus, bukan hanya panjang di sepanjang batang
  • Membedakan dan menghitung untuk pengungkit Kelas 1, 2, dan 3 (Penghemat gaya, Penghemat jarak, dll.)

Aplikasi Nyata

  • Pengungkit penghemat gaya: Pembuka botol, gunting kuku, palu (Lengan Kuasa > Lengan Beban, menghemat gaya tetapi boros jarak)
  • Pengungkit penghemat jarak: Pinset, sumpit, pancing, alat cukur rambut (Lengan Kuasa < Lengan Beban, boros gaya tetapi menghemat jarak/gerakan)
  • Pengungkit lengan sama: Timbangan neraca, jungkat-jungkit, katrol tetap (Lengan Kuasa = Lengan Beban)
  • Tubuh Manusia: Berjinjit melibatkan bola kaki sebagai titik tumpu (Kelas 2, penghemat gaya); mengangkat benda dengan lengan bawah melibatkan siku sebagai titik tumpu (Kelas 3, penghemat jarak)

Kesalahpahaman Umum

Salah
Lengan momen adalah panjang garis yang menghubungkan titik tumpu ke titik gaya
Benar
Salah. Ini hanya benar jika gaya tegak lurus terhadap pengungkit. Lengan momen adalah jarak 'tegak lurus' dari titik tumpu ke garis kerja gaya. Mengubah sudut gaya mengubah lengan momen.
Salah
Pengungkit harus horizontal agar seimbang
Benar
Salah. Pengungkit seimbang jika diam (meskipun miring) atau berputar dengan kecepatan konstan. Kami menggunakan posisi horizontal dalam eksperimen karena lengan momen cocok dengan tanda penggaris, membuat pengukuran lebih mudah.
Salah
Kuasa dan Beban harus berada di sisi berlawanan dari titik tumpu
Benar
Salah. Mereka bisa berada di sisi yang sama (misalnya, pinset, pancing). Selama torsi mereka berlawanan (satu searah jarum jam, satu berlawanan arah jarum jam), kesetimbangan mungkin terjadi.

Bacaan Lebih Lanjut

Siap untuk memulai?

Sekarang setelah Anda memahami dasar-dasarnya, mulailah eksperimen interaktif!

Mulai EksperimenMulai Kuis