Momen inersia (Satuan
SI : kg m
2) adalah ukuran kelembaman suatu benda untuk
berotasi terhadap porosnya. Besaran ini adalah analog rotasi daripada
massa. Momen inersia berperan dalam dinamika rotasi seperti massa dalam dinamika dasar, dan menentukan hubungan antara
momentum sudut dan
kecepatan sudut,
momen gaya dan
percepatan sudut, dan beberapa besaran lain. Meskipun pembahasan
skalar terhadap momen inersia, pembahasan menggunakan pendekatan
tensor memungkinkan analisis sistem yang lebih rumit seperti gerakan giroskopik.
Lambang
dan kadang-kadang juga
biasanya digunakan untuk merujuk kepada momen inersia.
Konsep ini diperkenalkan oleh
Euler dalam bukunya
a Theoria motus corporum solidorum seu rigidorum pada tahun 1730.
[1] Dalam buku tersebut, dia mengupas momen inersia dan banyak konsep terkait.
Definisi skalar
Definisi sederhana
momen inersia (terhadap sumbu rotasi tertentu) dari sembarang objek, baik massa titik atau struktur tiga dimensi, diberikan oleh rumus:
di mana
m adalah massa dan
r adalah jarak tegak lurus terhadap sumbu rotasi.
Analisis
Momen inersia (skalar) sebuah massa titik yang berputar pada sumbu yang diketahui didefinisikan oleh
Momen inersia adalah aditif. Jadi, untuk sebuah
benda tegar yang terdiri atas
N massa titik
mi dengan jarak
ri terhadap sumbu rotasi, momen inersia total sama dengan jumlah momen inersia semua massa titik:
Untuk benda pejal yang dideskripsikan oleh fungsi kerapatan massa
ρ(
r), momen inersia terhadap sumbu tertentu dapat dihitung dengan
mengintegralkan kuadrat jarak terhadap sumbu rotasi, dikalikan dengan kerapatan massa pada suatu titik di benda tersebut:
di mana
- V adalah volume yang ditempati objek
- ρ adalah fungsi kerapatan spasial objek
- r = (r,θ,φ), (x,y,z), atau (r,θ,z) adalah vektor (tegaklurus terhadap sumbu rotasi) antara sumbu rotasi dan titik di benda tersebut.
Diagram perhitungan momen inersia sebuah piringan. Di sini
k adalah 1/2 dan
adalah jari-jari yang digunakan untuk menentukan momen inersia
Berdasarkan
analisis dimensi saja, momen inersia sebuah objek bukan titik haruslah mengambil bentuk:
di mana
- M adalah massa
- R adalah jari-jari objek dari pusat massa (dalam beberapa kasus, panjang objek yang digunakan)
- k adalah konstanta tidak berdimensi yang dinamakan "konstanta inersia", yang berbeda-beda tergantung pada objek terkait.
Konstanta inersia digunakan untuk memperhitungkan perbedaan letak massa dari pusat rotasi. Contoh:
- k = 1, cincin tipis atau silinder tipis di sekeliling pusat
- k = 2/5, bola pejal di sekitar pusat
- k = 1/2, silinder atau piringan pejal di sekitar pusat.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar