Pertemuan 11 · Bab 4 · Fisika 2 Satuan Kredit Semester
Titik Berat dan Stabilitas terhadap Terguling
Setelah memahami momen dan keseimbangan benda tegar, Pertemuan 11 memusatkan perhatian pada
posisi titik berat, garis kerja berat, serta hubungan keduanya
dengan bidang tumpuan dan kecenderungan terguling
pada sistem konstruksi sederhana.
Titik BeratSistem DiskritBidang HomogenGaris Kerja BeratStabilitasTerguling340 menitTugas 5%
Target Rencana Pembelajaran Semester: mahasiswa mampu menentukan titik berat
dan menganalisis kecenderungan terguling dengan alasan kuantitatif melalui integrasi gaya dan momen.
Tujuan belajar Pertemuan 11
Pertemuan 11 memiliki 6 tujuan utama. Setiap tujuan merupakan satu blok pembelajaran lengkap.
Batas Pertemuan 11: fokus pada titik berat dan stabilitas sistem konstruksi sederhana.
Analisis kestabilan struktur tingkat lanjut tidak termasuk dalam pertemuan ini.
Cara belajar Pertemuan 11
Tentukan model. Identifikasi apakah sistem berupa beberapa berat terpusat atau bidang homogen gabungan.
Tetapkan satu sistem koordinat. Semua posisi komponen harus menggunakan acuan yang sama.
Hitung titik berat. Gunakan pembobot berat atau luas sesuai asumsi model.
Gambar garis kerja berat. Tarik garis vertikal melalui titik berat menuju bidang tumpuan.
Identifikasi tepi tumpuan. Tepi tersebut dapat menjadi titik putar efektif saat mulai terguling.
Audit dengan momen. Bila ada gaya luar, bandingkan momen penahan dan momen pengguling terhadap tepi yang sama.
Siklus belajar: komponen → koordinat → titik berat → garis kerja berat → bidang tumpuan → tepi putar → momen → stabilitas.
Titik berat adalah titik representatif tempat resultan berat sistem dianggap bekerja.
Posisinya ditentukan oleh distribusi berat, sehingga tidak selalu berimpit dengan pusat geometri.
Titik beratPosisi representatif resultan berat sistem.
Garis kerja beratGaris vertikal melalui titik berat searah gaya berat.
Distribusi beratKomponen yang lebih berat memberi pengaruh lebih besar terhadap posisi titik berat gabungan.
1.1 Tiga gagasan yang harus dibedakan
Istilah
Makna pada Pertemuan 11
Kesalahan umum
Titik berat (G)
Titik representatif tempat resultan berat sistem dianggap bekerja.
Menganggap titik berat selalu berada di tengah geometri.
Garis kerja berat
Garis vertikal melalui titik berat searah gaya berat.
Menilai stabilitas hanya dari tinggi benda tanpa melihat bidang tumpuan.
Terguling
Kecenderungan benda berotasi terhadap tepi tumpuan.
Menilai terguling hanya dari besar gaya tanpa menganalisis momennya.
1.2 Visual titik berat sistem gabungan
Untuk sistem beberapa berat terpusat, posisi titik berat diperoleh dari rata-rata berbobot terhadap berat masing-masing komponen.
Latihan Tujuan Pembelajaran 1
Mengapa titik berat sistem dua komponen tidak selalu berada tepat di tengah antara kedua komponen?
Jawaban: karena posisi titik berat merupakan rata-rata berbobot; komponen dengan berat lebih besar memberi pengaruh lebih besar terhadap posisi akhirnya.
Untuk beberapa berat terpusat, koordinat titik berat gabungan ditentukan dengan
pembobotan berdasarkan berat masing-masing komponen.
Semua koordinat harus diukur terhadap sistem acuan yang sama.
2.1 Rumus sistem diskrit
x̄ = Σ(Wixi) / ΣWi
Koordinat titik berat adalah rata-rata posisi yang dibobot oleh berat tiap komponen.
2.2 Contoh Terbimbing — dua beban
Dasar
Dua komponen mempunyai berat W₁ = 4 kN pada x₁ = 1 m dan W₂ = 6 kN pada x₂ = 4 m.
x̄ = [4(1) + 6(4)] / (4 + 6)
x̄ = (4 + 24) / 10 = 2,8 m.
Interpretasi: titik berat lebih dekat ke komponen 6 kN karena bobotnya lebih besar.
2.3 Kalkulator latihan sistem diskrit
A. Titik berat sistem diskrit
Masukkan sampai empat komponen. Berat W harus ≥ 0. Koordinat x dan y boleh positif atau negatif sesuai sistem koordinat yang dipilih.
Komponen
W
x
y
1
2
3
4
Latihan Tujuan Pembelajaran 2
W₁ = 3 kN pada x₁ = 1 m dan W₂ = 7 kN pada x₂ = 5 m. Tentukan x̄.
Untuk bidang dengan material dan tebal seragam, berat setiap bagian sebanding dengan luasnya.
Karena itu luas dapat digunakan sebagai pembobot dalam menentukan titik berat gabungan.
3.1 Pembobotan luas
x̄ = Σ(Aixi) / ΣAi
Untuk material dengan rapat massa dan tebal seragam, luas dapat dipakai sebagai pembobot karena berat sebanding dengan luas.
3.2 Contoh Terbimbing — bidang gabungan
Menengah
Dua bidang homogen memiliki A₁ = 2 m² dengan x₁ = 1 m dan A₂ = 4 m² dengan x₂ = 3 m.
x̄ = [2(1) + 4(3)] / (2 + 4)
x̄ = 14 / 6 = 2,33 m.
Asumsi: material dan tebal seragam sehingga berat tiap bagian sebanding dengan luasnya.
3.3 Kalkulator latihan bidang gabungan
B. Titik pusat bidang bidang gabungan
Gunakan luas positif untuk bagian material dan luas negatif untuk lubang/bukaan. Semua xi, yi adalah koordinat titik pusat bidang masing-masing bagian terhadap acuan yang sama.
Bagian
A (+material / −lubang)
x
y
1
2
3
4
Latihan Tujuan Pembelajaran 3
A₁ = 1 m² pada x₁ = 0,5 m dan A₂ = 3 m² pada x₂ = 2,5 m. Tentukan x̄.
Setelah titik berat diketahui, tarik garis kerja berat secara vertikal menuju bidang tumpuan.
Posisi garis ini terhadap daerah tumpuan memberikan cara geometrik untuk membaca kecenderungan stabilitas.
4.1 Visual garis kerja berat
Inti stabilitas: selama garis kerja resultan berat masih berada di dalam bidang tumpuan, sistem mempunyai kecenderungan tetap stabil terhadap terguling akibat beratnya sendiri.
4.2 Stabil, ambang terguling, dan terguling
Stabilgaris kerja berat berada di dalam bidang tumpuan
Ambang tergulinggaris kerja berat tepat melalui tepi tumpuan
Tergulinggaris kerja berat berada di luar bidang tumpuan
Kriteria ini merupakan cara geometrik membaca kecenderungan terguling akibat berat resultan terhadap bidang tumpuan.
Latihan Tujuan Pembelajaran 4
Bidang tumpuan membentang dari x = 0 sampai x = 2 m dan garis kerja berat berada pada x = 1,7 m. Bagaimana kondisi geometriknya?
Jawaban: masih stabil terhadap terguling akibat berat sendiri karena garis kerja berat masih berada di dalam bidang tumpuan.
Jika ada gaya luar, pemeriksaan geometrik dapat dilengkapi dengan keseimbangan momen terhadap
tepi tumpuan yang menjadi titik putar efektif. Pada ambang terguling,
momen pengguling dan momen penahan berada pada kondisi batas keseimbangan.
5.1 Kondisi ambang terguling
ΣMtepi = 0 pada ambang terguling
Pada kondisi awal terguling, sistem berada pada batas keseimbangan rotasi terhadap tepi yang menjadi titik putar.
5.2 Contoh Terbimbing — gaya horizontal
Konteks konstruksi sederhana
Sebuah benda mempunyai berat W = 12 kN. Garis kerja berat berjarak 0,50 m dari tepi kanan tumpuan. Gaya horizontal F bekerja pada ketinggian 1,50 m. Tentukan F saat sistem tepat mulai terguling ke kanan.
Ambil momen terhadap tepi kanan sebagai titik putar.
F(1,50) = 12(0,50)
F = 6 / 1,50 = 4 kN.
Interpretasi: pada F = 4 kN, momen pengguling sama dengan momen penahan. Nilai yang lebih besar memberi kecenderungan terguling ke kanan pada model ini.
5.3 Kalkulator latihan stabilitas
C. Terguling dan stabilitas terhadap tepi titik putar
Model sederhana: berat W memberi momen penahan W·d, sedangkan gaya horizontal F pada ketinggian h memberi momen pengguling F·h.
Latihan Tujuan Pembelajaran 5
Berat 10 kN memiliki lengan penahan 0,40 m terhadap tepi putar. Gaya horizontal bekerja pada tinggi 2 m. Tentukan gaya pada ambang terguling.
Analisis belum selesai ketika angka titik berat atau momen ditemukan. Koordinat, pembobot,
garis kerja berat, tepi putar, satuan, serta arah momen harus diperiksa sebelum menyimpulkan kondisi stabilitas.
6.1 Prosedur analisis
Pilih sistem koordinat. Tetapkan titik nol dan arah sumbu yang jelas.
Pecah sistem menjadi bagian sederhana. Tentukan berat atau luas setiap bagian sesuai model.
Tentukan koordinat tiap bagian. Gunakan titik berat lokal tiap komponen.
Hitung titik berat gabungan. Gunakan pembobot Wi atau Ai sesuai asumsi.
Gambar garis kerja berat. Tarik garis vertikal melalui titik G menuju bidang tumpuan.
Identifikasi kondisi stabilitas. Di dalam bidang tumpuan = stabil; tepat di tepi = ambang terguling; di luar = terguling.
Validasi secara momen. Jika ada gaya luar, gunakan momen terhadap tepi titik putar untuk menilai kecenderungan guling.
menganggap titik berat selalu berada di pusat geometri;
menggunakan luas sebagai pembobot tanpa asumsi material dan tebal yang seragam;
menggunakan koordinat lokal tanpa mengacu pada sistem koordinat yang sama;
menilai stabilitas tanpa menggambar garis kerja berat;
memilih titik momen yang bukan tepi titik putar saat mengecek terguling;
membandingkan gaya saja tanpa membandingkan efek momennya.
Audit cepat: semua koordinat harus memakai acuan yang sama, semua pembobot harus konsisten, dan momen pengguling/penahan harus dihitung terhadap tepi titik putar yang sama.
Kalkulator diproses hanya di browser dan bukan progres atau nilai resmi sistem perkuliahan.
6.4 Latihan terbimbing
Latihan 1 — dua berat
W₁ = 3 kN pada x₁ = 1 m dan W₂ = 7 kN pada x₂ = 5 m. Tentukan x̄.
Jawaban: x̄ = [3(1)+7(5)]/10 = 3,8 m.
Latihan 2 — tiga komponen
Berat 2 kN, 3 kN, dan 5 kN berada pada x = 0 m, 2 m, dan 5 m.
Jawaban: x̄ = [2(0)+3(2)+5(5)]/10 = 3,1 m.
Latihan 3 — bidang homogen
A₁ = 1 m² pada x₁ = 0,5 m dan A₂ = 3 m² pada x₂ = 2,5 m.
Jawaban: x̄ = [1(0,5)+3(2,5)]/4 = 2,0 m.
Latihan 4 — stabil atau terguling?
Bidang tumpuan membentang x = 0 sampai x = 2 m. Garis kerja berat berada pada x = 1,7 m.
Jawaban: masih stabil karena garis kerja berada di dalam bidang tumpuan.
Latihan 5 — ambang terguling
Berat 10 kN memiliki lengan penahan 0,40 m terhadap tepi titik putar. Gaya horizontal bekerja pada tinggi 2 m.
Jawaban: F(2) = 10(0,40) → F = 2 kN.
6.5 Cek konsep cepat
Pernyataan
Keputusan
Alasan
Titik berat selalu tepat di tengah bentuk.
Salah
Posisinya dipengaruhi distribusi berat/massa.
Garis kerja berat di dalam bidang tumpuan menunjukkan kondisi stabil terhadap terguling akibat berat sendiri.
Benar
Resultan berat masih bekerja di dalam area dukungan.
Pada ambang terguling, garis kerja resultan dapat melalui tepi titik putar.
Benar
Sistem berada pada batas keseimbangan rotasi.
Gaya kecil tidak mungkin menyebabkan terguling.
Salah
Efek terguling bergantung pada momen, termasuk tinggi/lengan gaya.
Latihan integrasi Tujuan Pembelajaran 6
Audit satu kasus stabilitas dengan memeriksa: sistem koordinat, pembobot, titik berat,
garis kerja berat, bidang tumpuan, tepi putar, momen penahan, momen pengguling, satuan,
dan konsistensi kesimpulan.
Kriteria: seluruh bagian harus menggunakan acuan yang konsisten dan kesimpulan harus didukung oleh posisi garis kerja berat dan/atau perbandingan momen terhadap tepi yang sama.
Gunakan bagian ini sebagai lembar ringkas sebelum mengerjakan contoh dan latihan.
Rumus utama
Konsep
Rumus / Kondisi
Satuan
Titik berat diskrit
x̄ = Σ(Wᵢxᵢ) / ΣWᵢ
m
Bidang homogen
x̄ = Σ(Aᵢxᵢ) / ΣAᵢ
m
Ambang terguling
ΣMtepi = 0
N·m / kN·m
Keterangan simbol
Simbol
Keterangan
G
titik berat sistem
Wᵢ
berat komponen ke-i, satuan N atau kN
Aᵢ
luas bagian ke-i, satuan m² atau satuan luas konsisten
xᵢ
koordinat titik berat komponen ke-i
x̄
koordinat titik berat gabungan
M
momen terhadap tepi/titik putar, satuan N·m atau kN·m
Stabilgaris kerja berat berada di dalam bidang tumpuan
Ambang tergulinggaris kerja berat tepat melalui tepi tumpuan
Tergulinggaris kerja berat berada di luar bidang tumpuan
Urutan paling aman: tentukan bagian/berat → tentukan koordinat masing-masing → hitung titik berat gabungan → gambar garis kerja berat → identifikasi bidang tumpuan dan tepi titik putar → nilai posisi garis kerja atau bandingkan momen penahan dan momen pengguling.
Beban belajar Pertemuan 11
Tatap muka / terbimbing
100 menit
Penugasan Terstruktur
120 menit
Belajar Mandiri
120 menit
Total Pertemuan 11
340 menit
Metode
Pembelajaran berbasis kasus, penalaran kolaboratif
Modalitas
Bauran
Penilaian
Tugas 5%
Tugas belajar Pertemuan 11
Penugasan Terstruktur — 120 menit
Analisis satu sistem konstruksi sederhana yang mempunyai minimal tiga komponen berat atau tiga bidang gabungan. Tentukan titik berat, gambar garis kerja berat, identifikasi bidang tumpuan, lalu simpulkan kondisi stabilitasnya.
Belajar Mandiri — 120 menit
Buat satu halaman visual tentang komponen → titik berat → garis kerja berat → bidang tumpuan → tepi titik putar → stabil / ambang / terguling, disertai minimal satu pemeriksaan momen.
Bukti hasil belajar yang harus dihasilkan
sistem koordinat dan titik acuan dinyatakan jelas;
berat atau luas setiap komponen ditentukan sesuai model;
koordinat setiap komponen menggunakan acuan yang sama;
titik berat gabungan dihitung dengan pembobot yang benar;
garis kerja berat digambar terhadap bidang tumpuan;
tepi yang berpotensi menjadi titik putar diidentifikasi;
momen penahan dan momen pengguling, bila diperlukan, dihitung terhadap tepi yang sama;
Daftar periksa ini hanya tersimpan pada browser/perangkat dan bukan progres atau nilai resmi sistem perkuliahan.
Jembatan ke Pertemuan 12
Setelah menyelesaikan Bab 4 tentang momen, kesetimbangan benda tegar, titik berat, dan stabilitas, Pertemuan 12 memulai Bab 5 — Fluida Dasar dengan tekanan dan tekanan hidrostatik.
P = F/A dan p = ρgh
Fokus berikutnya berpindah dari gaya dan momen pada benda tegar menuju hubungan gaya, luas, massa jenis, dan kedalaman pada fluida.
Ringkasan Pertemuan 11: tentukan titik berat, gambar garis kerja berat, bandingkan posisinya dengan bidang tumpuan, lalu gunakan keseimbangan momen terhadap tepi bila diperlukan untuk menilai terguling.