Daftar Isi
Free Body Diagram (Diagram Benda Bebas)
Free Body Diagram adalah sketsa berfungsi untuk menganalisis gaya dan momen yang bekerja pada struktur dan mesin, dan menggambar adalah keterampilan penting. FBD ini mengidentifikasi sistem mekanik yang sedang melakukan analisis, dan itu mewakili semua gaya yang diketahui dan tidak diketahui.
Adapun beberapa langkah utama saat menggambar Free Body Diagram:
1. Pilih objek yang akan dianalisis dengan menggunakan persamaan keseimbangan. Bayangkan garis putus-putus digambar di sekitar objek, dan perhatikan bagaimana garis itu akan memotong dan mengekspos berbagai gaya. Segala sesuatu dalam garis putus-putus terisolasi dari lingkungan sekitarnya dan harus muncul dalam diagram.
2. Selanjutnya, sistem koordinat digambar untuk menunjukkan konvensi tanda positif untuk gaya dan momen. Tidak bermakna untuk melaporkan jawaban, misalnya, -25 N ? m atau +250 lb tanpa mendefinisikan arah yang terkait dengan tanda positif dan negatif.
3. Pada langkah terakhir, semua gaya dan momen digambar dan diberi label. Gaya-gaya ini mungkin mewakili berat atau kontak antara tubuh bebas dan objek lain yang dihapus ketika tubuh diisolasi.
Ketika sebuah gaya diketahui, arah dan besarnya harus ditulis di diagram. Pada tahap ini dalam analisis, gaya disertakan bahkan jika besaran dan arahnya tidak diketahui. Jika arah suatu gaya tidak diketahui (misalnya, ke atas/ke bawah atau ke kiri/ke kanan), Anda harus hanya menggambarnya ke satu arah atau yang lain pada Free Body Diagram, mungkin menggunakan intuisi Anda sebagai panduan.
Setelah menerapkan persamaan keseimbangan dan secara konsisten menggunakan konvensi tanda, arah yang benar akan ditentukan dari perhitungan Anda. Jika Anda menemukan jumlahnya positif, maka Anda tahu bahwa arah yang benar telah dipilih pada awalnya. Di sisi lain, jika nilai numeriknya ternyata negatif, hasilnya hanya berarti bahwa gaya bertindak berlawanan dengan arah yang diasumsikan.
Persamaan Keseimbangan
Sebuah partikel berada dalam keseimbangan jika gaya-gaya yang bekerja padanya seimbang dengan hasil nol. Karena gaya-gaya tersebut digabungkan sebagai vektor, hasil dari N gaya yang ada harus nol dalam dua arah tegak lurus, yang kita sebut sebagai x dan y:
Keseimbangan gaya
Untuk sebuah benda kaku agar berada dalam keseimbangan, momen bersih juga harus nol.
Keseimbangan momen
Ketika kondisi-kondisi itu terpenuhi, tidak ada kecenderungan bagi objek untuk bergerak ke arah apapun sebagai respons terhadap gaya-gaya tersebut atau berputar sebagai respons terhadap momen-momen tersebut. Persyaratan keseimbangan sebuah benda kaku mencakup Notasi Mo,i digunakan untuk menunjukkan momen dari gaya ke-i yang ada.
Konvensi tanda adalah metode akuntansi yang baik untuk membedakan gaya-gaya yang bertindak dalam arah yang saling bertentangan dan momen-momen yang berorientasi searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Penjumlahan dalam persamaan-persamaan keseimbangan mencakup semua gaya dan momen yang ada, terlepas dari apakah arah dan besarnya diketahui sebelumnya.
Gaya-gaya yang tidak diketahui pada awal analisis selalu dimasukkan dalam penjumlahan, variabel-variabel aljabar ditetapkan untuk mereka, dan persamaan-persamaan keseimbangan diterapkan untuk menentukan nilai-nilai numerik.
Contoh Soal Free Body Diagram
Soal
During crash testing of an automobile, the lap and shoulder seat belts develop tensions of 300 lb. Treating the buckle B as a particle, determine the tension T in the anchor strap AB and the angle at which it acts.
(Selama pengujian tabrakan sebuah mobil, sabuk pengaman pinggang dan bahu mengembangkan tegangan sebesar 300 lb. Dengan memperlakukan gesper B sebagai sebuah partikel, tentukan Tegan)gan T pada tali pengikat AB dan sudut di mana tali itu bekerja.)
Pendekatan
Kita ditugaskan untuk menemukan besaran dan arah tegangan pada tali jangkar sabuk pengaman. Dengan memperlakukan gesper sebagai partikel, kita dapat mengasumsikan bahwa semua gaya dari sabuk bahu dan panggul bertindak pada tali jangkar.
Bobot dari tali-tali tersebut diasumsikan tidak signifikan. Diagram gaya bebas dari gesper digambar bersama dengan sistem koordinat x-y untuk menunjukkan konvensi tanda kami untuk arah horizontal dan vertikal positif.
Tiga gaya bertindak pada gesper: dua gaya 300 pon yang diberikan dan gaya yang tidak diketahui pada tali jangkar. Agar gesper berada dalam keseimbangan, ketiga gaya ini harus seimbang.
Meskipun baik besaran T maupun arah u dari gaya pada tali AB tidak diketahui, kedua besaran tersebut ditunjukkan pada diagram gaya bebas untuk kelengkapan. Ada dua yang tidak diketahui, T dan u, dan dua ekspresi dalam Persamaan diatas tersedia untuk memecahkan masalah ini.
JAWABAN
Gabungkan ketiga gaya tersebut dengan menggunakan pendekatan poligon vektor. Titik awal dan titik akhir poligon sama karena ketiga gaya tersebut digabungkan untuk memiliki hasil nol; artinya, jarak antara titik awal dan titik akhir poligon adalah nol. Tegangan ditentukan dengan menerapkan hukum kosinus pada segitiga sisi-sudut-sisi:
Hitung T = 519,6 lb . Sudut tali jangkar ditemukan dari hukum sinus:
Diskusi Lanjutan
Ketiga gaya dalam poligon vektor membentuk segitiga sama kaki. Sebagai pengecekan ganda, jumlah sudut interior adalah 180°, seperti seharusnya. Secara realitas, gaya-gaya pada sabuk bahu dan pinggang akan bertindak pada gesper, yang kemudian bertindak pada tali jangkar.
Dengan mengasumsikan gesper sebagai partikel, kami dapat menyederhanakan analisis. Dalam solusi alternatif, kita bisa memecah kedua gaya 300 lb menjadi komponen-komponennya sepanjang sumbu x dan y dan menerapkan Persamaan diatas.
CONTOH SOAL LAINNYA BISA BACA DISINI
selamat membaca…