Statika: Pengenalan
Statika adalah salah satu cabang dari mekanika teknik yang
berhubungan dengan analisis gaya-gaya yang bekerja pada sistem struktur
yang dalam keadaan diam/statis dan setimbang. Gaya-gaya yang dimaksud
disini pada umumnya termasuk gaya itu sendiri dan juga momen. Di dalam
statika, sistem struktur diidealisasikan/dianggap sangat kaku sehingga
pengaruh dari lendutan tidak diperhatikan. Ilmu statika umumnya
merupakan salah satu mata kuliah bidang teknik pertama yang diberikan di
level universitas. Prinsip-prinsip yang dipelajari dalam statika cukup
mendasar dan mudah dipahami, hanya memerlukan sedikit dari hukum-hukum
fisika mekanika dan matematika dasar. Akan tetapi, karena bidang teknik
adalah bidang yang mengaplikasikan teori ke dalam dunia praktis, banyak
penyederhanaan yang harus dilakukan sebelum suatu struktur bisa
dianalisis dengan ilmu statika. Ini yang kadang membuat statika sulit
untuk dipahami oleh sebagian orang. Elemen-elemen struktur yang dibahas
dalam statika sudah berupa model dari bangunan fisik. Sedangkan
pemodelan itu sendiri tidak secara terinci dibahas dalam statika, karena
memerlukan tingkat pengetahuan yang lebih tinggi dan juga pengalaman.
Perlu ditekankan disini bahwa meskipun dalam statika hanya membahas
hal-hal yang relatif mudah, bukan berarti pengetahuan yang didapat
disini tidak ada pengaplikasiannya di dunia kerja. Banyak
struktur-struktur penting yang telah berhasil dibangun dan beroperasi
hanya dengan mengunakan prinsip-prinsip statika. Gambar-gambar berikut
adalah contoh-contoh struktur jembatan yang didesain dengan menggunakan
konsep-konsep dasar yang pelajari dalam statika.
Jembatan sedernahana menggunakan konsep balok diatas dua tumpuan.
Metode konstruksi kantilever untuk jembatan. Konsep dasar dari statika adalah
kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada suatu struktur. Artinya semua
gaya-gaya yang bekerja pada suatu struktur adalah dalam keadaan
setimbang, baik struktur itu ditinjau secara keseluruhan maupun
sebagian. Jadi hukum Newton ketiga, yaitu jika ada aksi maka akan
diimbangi oleh reaksi. Artinya jumlah gaya-gaya yang bekerja adalah nol.
Berikut akan kita coba bahas hal-hal penting di dalam statika
seperti gaya, momen, free-body diagram.
Gaya
Gaya secara sederhana bisa dikatakan
sebagai suatu tarikan atau dorongan terhadap sebuah objek. Jadi kalau
kamu menarik tambang yang diikatkan ke sebuah pohon, berarti kamu
memberi gaya yang berupa tarikan terhadap pohon tersebut. Tergantung
besarnya pohon dan juga gaya tarik yang kamu berikan, pohon itu
bisa roboh, miring atau sama sekali tidak bergeming. Jadi jelas disini
bahwa gaya (tarikan atau dorongan/tekanan) tidak selalu menyebabkan
objek yang dikenakan bergerak/berubah lokasi. Untuk yang dorongan bisa
dicontohkan dengan mobil yang sedang berada di atas jembatan. Mobil itu
akan berusaha mendorong/menekan jembatan ke bawah.
Besarnya dorongan oleh mobil terhadap jembatan dalam hal ini adalah
sebesar berat dari mobil tersebut karna gaya berat bekerja ke arah
bawah. Kalau jembatan didesain secara benar harusnya jembatan tersebut
sanggup menahan gaya akibat mobil tersebut. Secara ringkas gaya adalah
sebuah besaran yang bertendensi mendorong/merubah bentuk objek yang
dikenakan dalam arah gaya tersebut bekerja. Bukan berarti objek yang
dikenakan gaya akan berubah bentuk atau bergerak.
Gaya adalah sebuah besaran vektor, yang
secara umum artinya sebuah besaran yang tidak hanya bergantung pada
besarnya saja, tapi juga arahnya. Untuk gaya, selain dua hal di atas
juga bergantung pada titik bekerjanya. Jadi gaya mempunyai tiga
karakteristik, yaitu besarnya, arahnya dan juga titik/lokasi bekerjanya
yang biasanya direpresentasikan garis bertanda panah seperti terlihat
pada gambar dibawah ini. Titik aplikasi bisa direpresentasikan oleh
pangkal atau ujung/kepala dari gambar anak panah.
Artinya jika satu atau lebih dari tiga
karakteristik ini dirubah, maka efeknya terhadap objek yang dikenakan
gaya tersebut akan berubah juga. Besarnya gaya jelas pengaruhnya.
Sebagai contoh, kalau kita berusaha mendorong mobil yang relative besar
sendirian, kemungkinan besar mobil tidak bergerak karena gaya yang kita
berikan ke mobil tidak cukup besar. Tetapi jika kita minta bantuan dua
orang lagi untuk membantu mendorong mobil, maka besar kemungkinan mobil
bisa didorong oleh tiga orang tersebut karena gaya yang ditimbulkan oleh
ketiga orang tersebut lebih besar dibandingkan dengan gaya yang
dihasilkan oleh satu orang. Arah dari gaya jelas mempunyai efek terhadap
benda yang dikenai gaya tersebut seperti terlihat pada gambar dibawah
ini dimana sebuah gaya diaplikasikan terhadap sebuah peti dalam dua arah
berbeda, horisontal dan vertikal. Walaupun kedua gaya tersebut
mempunyai besar dan titik aplikasi yang sama, akan tetapi reaksi peti
tersebut terhadap gaya horisontal akan berbeda jika dibandingkan dengan
reaksi terhadap gaya vertikal.
Sedangkan titik aplikasi bisa di gambarkan
sebagai berikut dimana sebuah jembatan sederhana yang didukung oleh
tumpuan kiri dan tumpuan kanan. Jika gaya yang bekerja posisinya dekat
dengan tumpuan yang sebelah kiri (gaya direpresentasikan oleh garis
penuh) maka kita dapat merasakan bahwa tumpuan yang kiri akan menerima
gaya yang lebih besar dari tumpuan yang sebelah kanan. Sebaliknya jika
gaya yang bekerja dekat dengan tumpuan yang sebelah kanan (gaya
direpresentasikan oleh garis putus-putus) maka tumpuan sebelah kanan
yang akan menerima gaya yang lebih besar. Disini terlihat bagaimana
merubah titik aplikasi dari gaya merubah reaksi yang terjadi dari sistem
struktur.
Momen
Momen adalah besarnya tendensi dari suatu
gaya untuk memutar suatu objek/benda terhadap suatu titik. Dalam bentuk
skalar, besarnya momen adalah gaya dikali lengan momen yang merupakan
jarak tegak lurus antara titik yang ditinjau dan garis kerja gayanya.
Gambar berikut mengilustrasikan sebuah moment.
Jadi besarnya momen tergantung pada dua
faktor, yaitu lengan momen dan gaya yang bekerja. Jika gaya yang bekerja
besarnya tetap, maka besarnya momen akan berbanding lurus dengan lengan
momen. Lengan momen besar, maka momen yang dihasilkan juga besar dan
sebaliknya.
Jadi jelas di sini bahwa dalam statika kita
mempelajari analisis gaya-gaya, baik gaya-gaya yang bekerja maupun
gaya-gaya dalam. Untuk menggeluti bidang teknik pada umumnya dan bidang
tehnik sipil pada khususnya memerlukan latar belakang yang kuat dalam
bidang fisika mekanika dan juga matematika. Selain itu juga diperlukan
kreativitas yang tinggi sehingga memecahkan persoalan dan
juga menghasilkan inovasi-inovasi dan/penemuan yang bermanfaat.
0 komentar:
Posting Komentar