Memahami Sumbu Rotasi Dalam Rekayasa

Jika Anda seorang mahasiswa teknik atau insinyur, Anda mungkin tahu apa artinya sesuatu berputar.

Tapi pernahkah Anda berpikir tentang bagaimana benda bergerak di sekitar sumbu? Garis tak terlihat ini disebut sumbu rotasi.

Ini adalah ide dasar dalam teknik yang membantu Anda memahami bagaimana hal-hal seperti roda gigi dan turbin bergerak.

Dengan memahami apa arti sumbu rotasi, Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana benda bergerak saat berputar dan mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang betapa rumitnya mesin yang saya gunakan setiap hari.

Pada artikel ini, saya akan berbicara tentang dasar-dasar sumbu rotasi dan betapa pentingnya dalam bidang teknik.

Ini akan membantu Anda memahami gerakan rotasi dengan cara yang benar-benar baru.

Pengantar Sumbu Rotasi

Definisi formal:

Sebuah garis lurus melewati titik-titik dari benda yang berputar dan kaku yang tetap diam sementara titik-titik lain dari benda tersebut bergerak melingkar di sekitar sumbu.

Ide kunci dalam teknik, fisika, dan mekanika adalah sumbu rotasi.

Ini adalah garis lurus buatan yang melewati objek tiga dimensi dan di sekelilingnya objek dapat berputar atau berputar.

Dengan kata lain, itu adalah garis yang berputar di sekitar benda tegar.

Kerangka acuan inersia menunjukkan bahwa sumbu rotasi dapat diperbaiki dan tidak bergerak atau berubah arah.

Ketika setiap bagian tubuh bergerak dalam lingkaran di sekitar satu garis, yang disebut sumbu rotasi, ini disebut gerak rotasi murni.

Hipotesis sumbu tetap mengatakan bahwa sumbu tidak dapat mengubah posisinya, sehingga tidak dapat menjelaskan hal-hal seperti goyangan atau presesi.

Sumbu Rotasi Internal

Objek dalam ruang 3D dapat memiliki lebih dari satu sumbu rotasi di dalamnya.

Tetapi tidak mungkin suatu benda memutar dua sumbu ini pada saat yang bersamaan.

Jika sumbu rotasi baru suatu benda tegak lurus terhadap sumbu aslinya, ia tidak dapat berputar berlawanan arah pada kedua sumbu secara bersamaan.

Ini akan menemukan titik di mana keduanya seimbang, dan sepanjang garis itu, itu akan membuat sumbu rotasi ketiga.

Sumbu Rotasi dalam Anatomi Manusia

Dalam anatomi, sumbu rotasi adalah garis buatan yang melewati titik di mana sambungan berputar atau berputar.

Misalnya, sumbu rotasi untuk menekuk dan meluruskan lengan melewati sendi siku.

Dalam anatomi manusia, ada tiga sumbu.

• Sumbu Anteroposterior (Sumbu Sagittal) bergerak dari depan ke belakang dan dari atas ke bawah tubuh.
• Sumbu Longitudinal (Sumbu Vertikal): Berjalan dari atas ke bawah dan dari depan ke belakang melalui tubuh.
• Sumbu Mediolateral (Sumbu Melintang): Berjalan dari kiri ke kanan dan dari belakang ke depan tubuh.

Orientasi Benda Kaku

Cara benda tegar diorientasikan ditentukan oleh cara titik sumbunya sendiri.

Orientasi ini ditentukan oleh batasan rolling dan sumbu rotasi sesaat.

Tapi ide ini tidak ada hubungannya dengan sumbu rotasi.

Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya. Pilih "terjemahan otomatis" di tombol pengaturan, jika Anda tidak terbiasa dengan bahasa Inggris. Anda mungkin perlu mengeklik bahasa video terlebih dahulu sebelum bahasa favorit Anda tersedia untuk diterjemahkan.

Sumbu Rotasi dan Gerak

Gerak rotasi adalah ketika benda tegar bergerak mengelilingi sumbu yang tidak bergerak.

Gerak rotasi dapat dilihat pada cara bumi berputar pada porosnya sendiri dan pada cara roda, roda gigi, dan motor bergerak.

Insinyur harus memikirkan inersia rotasi ketika membuat benda yang berputar, karena hal itu mempengaruhi seberapa baik mesin bekerja dan bagaimana baling-baling dibuat.

Variabel dan persamaan kinematika rotasi digunakan untuk memecahkan masalah dunia nyata yang melibatkan torsi dan tuas lengan.

Anda dapat memecahkan contoh gerak rotasi dengan menggunakan lima persamaan kinematik rotasi.

Juga, dinamika rotasi melihat pergerakan suatu benda dan gaya yang membuatnya bergerak.

Kinematika dan Dinamika Rotasi Sumbu Tetap

Rotasi di sekitar sumbu tetap lebih mudah diketahui secara matematis daripada rotasi bebas benda tegar karena sumbu tidak dapat mengubah posisinya dan tidak dapat menjelaskan hal-hal seperti goyangan atau presesi.

Kinematika dan dinamika benda tegar yang berputar mengelilingi sumbu tetap sama persis dengan benda tegar yang bergerak dalam satu arah tetap.

Ini tidak berlaku untuk benda tegar yang bebas berputar ke segala arah.

Ungkapan energi kinetik benda dan gaya pada bagian-bagiannya juga lebih mudah ditulis ketika benda berputar mengelilingi sumbu tetap daripada bebas.

Inersia Rotasi dan Mengubah Kecepatan Rotasi

Ketika sebuah objek bergerak semakin jauh dari sumbu rotasi, semakin sulit untuk mengubah kecepatan rotasi sistem.

Ini karena inersia rotasi meningkat ketika massa bergerak menjauh dari sumbu.

Inersia rotasi dipengaruhi oleh massa dan jarak dari pusat massa ke sumbu.

Ketika sesuatu ditarik atau didorong menjauh dari pusatnya, lebih sulit untuk mengubah kecepatan putarannya.

Ini masuk akal, karena jika seseorang mencoba memutar sesuatu dengan menarik salah satu ujungnya, mereka pada dasarnya mencoba membuat satu sisi bergerak lebih cepat daripada sisi lainnya.

Jika satu sisi lebih berat atau lebih jauh dari tempat orang itu menarik, akan dibutuhkan lebih banyak kekuatan untuk membuat sisi itu bergerak dengan kecepatan yang sama dengan sisi lainnya.

Stabilitas Objek Berputar

Stabil atau tidaknya sesuatu saat berputar tergantung pada sumbu utama yang berputar.

Jika tidak ada torsi dari luar, sebuah benda yang berputar di sekitar satu sumbu akan bergoyang di beberapa sumbu utamanya tetapi tidak di sumbu lainnya.

Setiap gerakan yang bertentangan dengan sumbu ini dapat dengan cepat menjadi lebih besar dan menyebabkan gerakan yang jauh lebih rumit.

Misalnya, gasing yang berputar bergoyang, tetapi ketika pusat gravitasinya sejajar dengan sumbu rotasi, gas itu berhenti bergerak.

Saat merancang sistem rotasi, stabilitas objek dan sumbu utamanya harus diperhitungkan untuk memastikannya bekerja dengan baik dan aman.

Momen Inersia dan Sumbu Rotasi

Momen inersia adalah cara untuk mengukur inersia rotasi, yang merupakan resistansi terhadap perubahan kecepatan sudut di sekitar sumbu tetap.

Ini menunjukkan berapa banyak massa yang dekat dengan sumbu rotasi dan berapa banyak massa yang lebih jauh.

Momen inersia dipengaruhi lebih sedikit oleh massa yang dekat dengan sumbu dan lebih dipengaruhi oleh massa yang lebih jauh.

Bentuk integral persamaan energi kinetik rotasi dapat digunakan untuk menghitung momen inersia.

Ini karena momen inersia dan kuadrat kecepatan sudut berhubungan langsung.

Menghitung Momen Inersia

Bentuk integral persamaan energi kinetik rotasi dapat digunakan untuk menghitung momen inersia.

Dengan persamaan ini, Anda dapat mengetahui momen inersia benda tegar dengan bentuk biasa, seperti silinder dan bola.

Eksperimen dapat digunakan untuk menemukan momen inersia benda dengan berbagai bentuk.

Arti fisik dari momen inersia adalah menunjukkan betapa sulitnya mengubah cara suatu benda berputar di sekitar sumbu.

Benda dengan massa lebih jauh dari porosnya akan memiliki momen inersia yang lebih tinggi dan lebih sulit untuk diputar daripada benda dengan massa lebih sedikit lebih jauh dari porosnya.

Aplikasi Momen Inersia

Dalam bidang teknik dan fisika, momen inersia merupakan konsep yang sangat penting.

Ini digunakan, misalnya, dalam desain motor, turbin, dan mesin serta peralatan lain dengan bagian yang bergerak.

Insinyur juga menggunakan momen inersia untuk mengetahui seberapa stabil benda ketika berputar di sekitar sumbu.

Juga, momen inersia digunakan untuk mengetahui berapa banyak torsi yang dibutuhkan untuk membuat suatu benda bergerak dengan cara tertentu.

Torsi dan Momentum Sudut

Torsi adalah cara untuk mengukur gaya yang dapat memutar sesuatu di sekitar sumbu.

Semakin sulit suatu benda memperoleh percepatan sudut, semakin besar inersia rotasinya.

Ini adalah properti dari sistem berputar yang bergantung pada bagaimana massa sistem didistribusikan.

Kesetimbangan Rotasi

Untuk sistem yang berotasi, gagasan kesetimbangan rotasi sama dengan hukum pertama Newton.

Jika sesuatu tidak berputar, ia akan tetap seperti itu kecuali ada gaya luar yang mengubahnya.

Dengan cara yang sama, sebuah benda yang berotasi dengan kecepatan sudut tetap akan terus berotasi kecuali ada gaya luar yang bekerja padanya.

Momen inersia

Momen inersia (I) sama dengan jumlah massa semua elemen dikalikan jaraknya dari sumbu rotasi dikalikan empat.

Ini adalah parameter kunci untuk mengetahui seberapa mudah atau sulitnya mengubah cara sesuatu berputar.

Torsi total yang diberikan oleh gaya luar pada sistem sama dengan I kali percepatan sudutnya.

Jika torsi yang bekerja pada benda tidak seimbang, artinya torsi total tidak nol, maka benda akan berputar lebih cepat.

Hukum kedua Newton tentang rotasi memberi tahu kita cara kerjanya.

Konservasi Momentum Sudut

Ketika tidak ada torsi dari luar, momentum sudut total sistem tetap sama.

Ini berarti bahwa jika tidak ada torsi eksternal bersih di sekitar titik dalam kerangka acuan inersia tetap, maka momentum sudut sistem partikel di sekitar titik tersebut di ruang angkasa akan tetap sama.

Versi rotasi momentum dan gaya linier adalah torsi dan momentum sudut.

Kasus penggunaan

Digunakan dalam:	Keterangan:
Robotika	Sumbu rotasi digunakan untuk mengontrol bagaimana sendi dan lengan robot bergerak. Insinyur dapat memprogram robot untuk melakukan tugas rumit secara tepat dan akurat dengan mengontrol sumbu rotasi. Misalnya, sumbu rotasi digunakan untuk mengontrol pergerakan lengan robot saat mengelas komponen mobil di jalur perakitan.
mesin turbo	Turbin, kompresor, dan mesin turbo lainnya menggunakan sumbu rotasi untuk mentransfer energi antara bagian yang bergerak dan bagian yang tidak bergerak. Insinyur harus merencanakan dengan hati-hati bentuk dan letak sumbu rotasi untuk memastikan mesin bekerja dengan baik dan seefisien mungkin.
Pesawat terbang	Sumbu rotasi adalah bagian penting dari bagaimana mereka dibangun dan seberapa stabil mereka. Agar pesawat stabil dan mudah dikendalikan, pusat gravitasinya harus sejajar dengan sumbu rotasinya. Insinyur menggunakan sumbu rotasi untuk mengetahui momen inersia dan merancang sistem kendali pesawat.
Teknik Sipil	Struktur seperti jembatan, bangunan, dan bendungan dibuat dengan mempertimbangkan sumbu rotasi. Insinyur harus memastikan bahwa sumbu rotasi sejajar dengan bagian penahan beban untuk memastikan struktur stabil dan kuat.
Studi tentang listrik	Motor dan generator dibuat dengan mempertimbangkan sumbu rotasi. Dalam motor listrik atau generator, rotor berputar di sekitar sumbu rotasi untuk menghasilkan listrik. Insinyur harus merancang sumbu rotasi sehingga ada gesekan sesedikit mungkin dan pekerjaan yang dilakukan paling banyak.

Kesimpulan

Kesimpulannya, sumbu rotasi adalah konsep teknik yang sangat penting yang dapat memberi tahu kita banyak hal tentang bagaimana benda bergerak saat berputar.

Dengan mengetahui sumbu rotasi, Anda dapat menganalisis dan mendesain mesin dengan lebih presisi dan akurat, sehingga menghasilkan desain yang bekerja lebih baik dan lebih efisien.

Namun selain bermanfaat, sumbu putar juga menjadi pengingat betapa indah dan rumitnya alam.

Sumbu rotasi berada di pusat semua gerakan rotasi, mulai dari putaran anggun gasing hingga gerakan turbin yang bertenaga.

Itu menghubungkan kita dengan dunia di sekitar kita dengan cara yang mungkin tidak kita sadari.

Jadi, lain kali Anda melihat sesuatu berputar, pikirkan tentang poros tak terlihat yang mengelilinginya dan pikirkan betapa menakjubkan dan rumitnya kekuatan yang membentuk dunia kita.