Gaya Tegangan Tali: Definisi, Gambar, Rumus, Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Kalian tentunya sudah mengetahui bahwa setiap benda bermassa yang berada di bumi selalu mendapat gaya berat yang arahnya ke bawah menuju pusat bumi. Dengan kata lain, setiap benda yang berada bebas di udara pasti akan jatuh ke tanah karena gaya beratnya. Gaya berat ini selalu bekerja pada suatu benda dan tidak pernah hilang. Meski suatu benda berada di titik terendah (tanah) sekalipun,  gaya berat masih tetap bekerja. Lalu jika gaya berat masih bekerja kenapa benda tersebut tidak bergerak?

Jawabanya adalah karena pada benda bekerja gaya normal yang besarnya sama dengan gaya berat dengan arah yang berlawanan, sehingga resultan gayanya sama dengan nol. Sesuai Hukum I Newton, jika resultan gaya nol maka benda diam. Sekarang yang menjadi pertanyaannya adalah bagaiman dengan benda yang digantung dengan tali? Jika benda digantung dengan tali tentu saja tidak ada gaya normal, sementara itu gaya berat masih bekerja. Lalu kenapa benda tidak bergerak?

Ketika benda digantung dengan tali, bekerja gaya tegangan tali yang arahnya ke atas (berlawanan arah dengan gaya berat). Jika benda diam, maka gaya tegangan tali sama dengan gaya berat benda tersebut. Dengan demikian, berlaku Hukum I Newton. Tahukah kalian apa itu gaya tegangan tali? Untuk menjawab pertanyaan ini silahkan kalian simak penjelasan-penjelasan berikut ini.

Pengertian Gaya Tegangan Tali

Suatu benda yang dihubungkan dengan tali dan digantungkan secara vetikal maupun ditarik secara horizontal maka selalu bekerja gaya tegangan tali. Gaya tegangan tali merupakan gaya yang bekerja pada tali ketika tali tersebut dalam keadaan tegang. Simbol gaya tegangan tali adalah T (tension) dan satuannya adalah Newton. Arah gaya tegangan tali ini bergantung pada benda yang ditinjau, bisa ke atas, ke bawah, ke kanan, ke kiri maupun membentuk sudut tertentu. dari penjelasan tersebut, dapat disimpulkan definisi gaya tegangan tali sebagai berikut.

Gaya tegangan tali atau tension force adalah gaya pada tali ketika tali tersebut dalam keadaan tegang. Gaya tegangan tali dilambangkan dengan huruf T kapital dan satuannya adalah Newton. Arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau benda yang ditinjau.

Gambar dan Rumus Gaya Tegangan Tali

Karena arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau posisi benda yang ditinjau, maka untuk keadaan atau kondisi yang berbeda, gambar dan rumus gaya tegangan tali juga berbeda. Berikut ini adalah gambar gaya tegangan tali pada benda dalam empat kondisi, yaitu sebuah benda yang digantung vertikal dengan tali, dua benda yang dihubungkan tali pada bidang datar kemudian di tarik dengan gaya F, sebuah benda yang yang dihubungkan tali pada bidang miring licin dan sebuah benda yang dihubungkan tali melalui katrol.

Kondisi #1 (benda digantung dengan tali)

Ketika sebuah benda bermassa m dihubungkan tali kemudian digantung maka pada benda tersebut bekerja dua gaya, yaitu gaya tegangan tali T dan gaya berat w. Karena benda diam, maka berlaku Hukum I Newton sebagai berikut.

ΣFY = 0

T – w = 0

T = w

Sehingga rumus gaya tegangan tali pada kondisi ini adalah

T = mg

Jika yang kita tinjau adalah tempat dimana tali digantung, maka pada gantungan tersebut juga bekerja gaya tegangan tali T’ yang besarnya sama dengan T sehingga

T’ = T

 

Kondisi #2 (benda dihubungkan tali pada katrol licin)

Jika sebuah benda bermassa m dihubungkan tali pada katrol licin kemudian ditarik dengan gaya F, maka benda tersebut bekerja dua gaya yaitu gaya tegangan tali T dan gaya berat w, jika F > w maka benda bergerak ke atas sehingga berlaku Hukum II  Newton sebagai berikut.

ΣFY = ma

T1 – w = ma

T1 = ma + w

T1 = ma + mg

Sehingga rumus gaya tegangan tali pada kondisi ini adalah

T1 = m(a+g)

Apabila kita tinjau gaya yang menarik tali (F), maka pada titik tersebut juga bekerja gaya tegangan tali T2 yang arahnya ke atas. Jika yang kita tinjau adalah katrol, maka pada katrol tersebut bekerja gaya tegangan tali T1’ dan T2’ yang besarnya sama dengan T1 dan T2 karena pada katrol yang licin (tidak ada gesekan) semua gaya tegangan tali besarnya adalah sama, sehingga

T1’ = T2’ = T1 = T2

Kondisi #3 (dua benda dihubungkan tali dan ditarik)

Misalkan dua benda bermassa m1 dan m2­ saling dihubungan dengan tali pada bidang datar licin. Kemudian pada benda 2 ditarik dengan gaya sebesar F, maka pada masing-masing benda bekerja gaya tegangan tali T1 dan T2. Jika kedua benda bergerak ke kanan, maka pada masing-masing benda berlaku Hukum II Newton sebagai berikut.

Benda 1

Resultan gaya pada sumbu Y

ΣFY = m1a

N1 – w1 = m1a (karena tidak ada gerak pada arah Y maka a = 0)

N1 – w1 = 0

N1 = w1

Resultan gaya pada sumbu X

ΣFX = m1a

T1 = m1a

Dengan demikian besar gaya tegangan tali pada benda 1 adalah

T1 = m1a

Benda 2

Resultan gaya pada sumbu Y

ΣFY = m2a

N2 – w2 = m2a (karena tidak ada gerak pada arah Y maka a = 0)

N2 – w2 = 0

N2 = w2

Resultan gaya pada sumbu X

ΣFX = m2a

F – T2  = m2a

T2 = F – m2a

Dengan demikian besar gaya tegangan tali pada benda 2 adalah

T2 = F – m2a

Karena pada benda 1 dan benda 2 dihubungkan dengan tali yang sama maka

T1 = T2

Kondisi #4 (benda dihubungkan tali pada bidang miring licin)

Perhatikan kembali gambar tegangan tali di atas. Jika sebuah benda bermassa m dihubungkan dengan tali kemudian diletakkan pada bidang miring licin dengan sudut kemiringan α, maka pada benda tersebut bekerja gaya tegangan tali T dengan arah seperti pada gambar. Karena benda tidak bergerak maka berlaku Hukum I Newton sebagai berikut

Resultan gaya pada sumbu Y

ΣFY = 0

N – w cos α = 0

N = w cos α

N = mg cos α

Resultan gaya pada sumbu X

ΣFX = 0

T – w sin α  = 0

T = w sin α

T = mg sin α

Dengan demikian besar gaya tegangan tali pada benda tersebut adalah

T = mg sin α

Contoh Soal Gaya Tegangan Tali dan Pembahasan

Sebuah lift bergerak dipercepat ke atas dengan percepatan 2 m/s2. Jika massa lift dan isinya 200 kg, tentukanlah tegangan tali penarik lift tersebut jika percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2.

Jawab

Gaya yang bekerja pada lift adalah berat dan tegangan tali seperti diperlihatkan pada gambar di atas. Karena benda bergerak dengan suatu percepatan ke atas, sesuai dengan Hukum II Newton, kita peroleh

ΣFY = ma

T – w = ma

T = w + ma

T = mg + ma

T = m (g + a)

T = (200 kg)(10 m/s2 + 2 m/s2)

T = 2.400 N

Catatan penting: Gaya yang searah dengan percepatan (arah gerak benda) diberi tanda positif dan gaya yang berlawanan dengan percepatan diberi tanda negatif.

Demikianlah artikel tentang pengertian, gambar dan rumus gaya tegangan tali pada dinamika translasi beserta contoh soal dan pembahasannya. Semoga dapat bermanfaat. Jika kalian ingin memahami rumus gaya tegangan tali pada gerak rotasi, silahkan kalian baca artikel tentang kumpulan rumus lengkap gaya tegangan tali pada dinamika rotasi. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.