Torsi adalah ukuran kekuatan/gaya yang dapat menyebabkan objek berputar sekitar sumbu. Sama seperti gaya yang menyebabkan suatu objek berakselerasi dalam kinematika linier (gerak lurus), torsi inilah yang menyebabkan suatu objek memperoleh percepatan sudut.
Torsi adalah besaran vektor. Arah vektor torsi tergantung pada arah gaya pada sumbu.
Siapa pun yang pernah membuka pintu akan memiliki pemahaman intuitif tentang torsi. Ketika seseorang membuka pintu, mereka mendorong pada sisi pintu terjauh dari engselnya. Mendorong pada sisi yang paling dekat ke engsel membutuhkan kekuatan yang jauh lebih besar. Meskipun pekerjaan yang dilakukan adalah sama pada kedua kasus (kekuatan yang lebih besar akan diterapkan pada jarak yang lebih kecil) orang umumnya lebih suka untuk menerapkan kekuatan yang lebih sedikit, maka disitulah pegangan pintu biasa ditempatkan (jauh dari engsel).
Gambar 1: Membuka pintu dengan torsi maksimum.
Torsi dapat berupa statis atau dinamis.
Torsi statis adalah torsi yang tidak menghasilkan percepatan sudut. Seseorang mendorong pintu yang tertutup menerapkan torsi statis ke pintu karena pintu tidak berputar pada engselnya, meskipun ada gaya yang diterapkan. Seseorang mengayuh sepeda dengan kecepatan konstan juga menerapkan torsi statis karena tidak berakselerasi.
Sementara poros penggerak pada mobil balap yang berakselerasi dari garis start membawa torsi dinamis karena harus menghasilkan percepatan sudut roda karena mobil sedang melaju di sepanjang lintasan.
Terminologi yang digunakan saat menjelaskan torsi dapat membingungkan. Insinyur terkadang menggunakan istilah momen, atau momen gaya dapat saling tertukar dengan torsi. Jari-jari di mana gaya bertindak kadang-kadang disebut lengan momen.
Bagaimana perhitungan torsi?
Besarnya torsi yang dihasilkan oleh gaya F yang diberikan adalah
τ = F. R sin (θ)
dimana r adalah panjang lengan momen dan θ adalah sudut antara vektor gaya dan lengan momen. Dalam kasus pintu yang ditunjukkan pada Gambar 1, gaya berada pada sudut kanan (90∘) terhadap lengan , sehingga nilai sinus menjadi 1, maka:
τ= F. r
Arah vektor torsi ditemukan oleh konvensi menggunakan aturan pegangan tangan kanan. Jika sebuah tangan melengkung di sekitar sumbu rotasi dengan jari-jari menunjuk ke arah gaya, maka titik-titik torsi menunjuk ke arah ibu jari seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2: Arah vektor torsi yang ditemukan dengan aturan tangan kanan.
Bagaimana torsi diukur?
Satuan SI untuk torsi adalah Newton-meter.
Dalam satuan imperial, Foot-pound sering digunakan. Ini membingungkan karena dalam bahasa sehari-hari, satuan pound kadang-kadang digunakan sebagai satuan massa dan kadang-kadang sebagai satuan gaya. Yang dimaksud di sini adalah gaya pound, gaya yang disebabkan gravitasi bumi pada objek satu pound. Besarnya unit-unit ini sering sama dengan 1 Nm ≃ 1.74 ft⋅lbs.
Mengukur torsi statis dalam sistem yang tidak berputar biasanya cukup mudah, dan dilakukan dengan mengukur gaya. Jika diketahui panjang lengan momen, torsi dapat ditemukan secara langsung. Mengukur torsi dalam sistem berputar jauh lebih sulit. Salah satu metode yang dapat dilakukan adalah dengan mengukur tegangan pada poros penggerak yang mentransmisikan torsi dan mengirimkan informasi ini secara nirkabel.
Peran apa yang dimainkan torsi dalam kinematika rotasi?
Dalam kinematika rotasi, torsi terjadi pada gaya dalam kinematika linier. Ada yang setara langsung dengan hukum 2's Newton tentang gerak (F = ma),
τ = I α
Di sini α adalah percepatan sudut. I adalah inersia rotasi. Sifat dari sistem yang berputar tergantung pada distribusi massa sistem. Semakin besar I, semakin sulit untuk sebuah objek memperoleh percepatan sudut. Kami mendapatkan pernyataan ini dalam artikel kami tentang inersia rotasi.
Apa itu keseimbangan rotasi?
Konsep keseimbangan rotasi sesuai dengan hukum 1's Newton untuk sistem rotasi. Suatu benda yang tidak berputar tetap tidak akan berputar kecuali ditindaklanjuti oleh torsi eksternal. Demikian pula, objek berputar pada kecepatan sudut konstan tetap berputar kecuali ditindaklanjuti oleh torsi eksternal.
Konsep keseimbangan rotasi sangat berguna dalam masalah yang melibatkan beberapa torsi yang bekerja pada objek yang dapat diputar. Dalam hal ini torsi bersih (net torsion) adalah sangat penting. Jika torsi bersih pada objek yang dapat diputar adalah nol maka akan berada dalam kesetimbangan rotasi dan tidak mampu memperoleh percepatan sudut.
Latihan 1:
Roda yang ditunjukkan pada Gambar 3, bertindak dua gaya. Berapa besarnya gaya F2 yang diperlukan agar roda berada dalam keseimbangan rotasi?
Gambar 3: Roda digerakkan oleh dua torsi.
Bagaimana torsi berhubungan terhadap Daya dan Energi?
Ada kebingungan antara torsi, daya, dan energi. Misalnya, torsi mesin terkadang salah digambarkan sebagai "daya balik".
Torsi dan energi memiliki dimensi yang sama (yaitu dapat ditulis dalam satuan dasar yang sama), tetapi keduanya bukan ukuran dari besaran yang sama. Keduanya berbeda dimana torsi itu adalah besaran vektor yang ditentukan hanya untuk sistem yang dapat diputar.
Namun daya, dapat dihitung dari torsi jika kecepatan rotasi diketahui. Bahkan, tenaga kuda mesin biasanya tidak diukur secara langsung, tetapi dihitung dari torsi terukur dan kecepatan rotasi. Hubungannya adalah:
P = Gaya x Jarak / waktu
= F . 2 π r /t
= 2 π τ ω
= τ ω
Bersama dengan daya kuda, torsi puncak yang dihasilkan oleh mesin kendaraan adalah spesifikasi yang penting dan sering dikutip. Secara praktis, torsi puncak pada umumnya menggambarkan seberapa cepat kendaraan akan berakselerasi dan kemampuannya untuk menarik beban. Horsepower (relatif terhadap berat) di sisi lain lebih relevan dengan kecepatan maksimum kendaraan.
Penting untuk mengetahui bahwa torsi maksimum dan daya kuda adalah spesifikasi umum yang berguna, mereka terbatas penggunaannya ketika membuat perhitungan yang melibatkan gerakan keseluruhan kendaraan. Ini karena dalam tataran praktis, keduanya bervariasi sebagai fungsi kecepatan rotasi. Hubungan umum dapat menjadi non-linear dan berbeda untuk berbagai jenis motor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Hubungan antara torsi yang tersedia terhadap kecepatan putar
Bagaimana kita bisa menambah atau mengurangi torsi?
Sering diperlukan untuk menambah atau mengurangi torsi yang dihasilkan oleh motor untuk menyesuaikan aplikasi yang berbeda. Ingat bahwa panjang tuas dapat menambah atau mengurangi gaya pada objek dengan mengorbankan jarak melalui tuas yang harus didorong. Demikian pula, torsi yang dihasilkan oleh motor dapat ditingkatkan atau diturunkan melalui penggunaan gearing. Peningkatan torsi datang dengan penurunan kecepatan putar yang proporsional. Persinggungan dari dua roda gigi dapat dilihat setara dengan interaksi sepasang tuas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Persinggungan dua roda gigi yang dapat dilihat seperti interaksi 2 engsel
Penggunaan roda gigi yang mudah diatur diperlukan untuk mendapatkan kinerja yang baik dalam kendaraan yang didukung oleh mesin pembakaran. Mesin-mesin ini menghasilkan torsi maksimum hanya untuk kisaran sempit dari kecepatan rotasi tinggi. Roda gigi yang mudah diatur, memungkinkan torsi yang cukup untuk dikirimkan ke roda pada kecepatan putaran mesin yang diberikan.
Sepeda memerlukan roda gigi karena ketidakmampuan manusia untuk mengayuh dengan kekuatan kayuhan yang cukup untuk mencapai kecepatan yang berguna ketika menggerakkan roda secara langsung.
Roda gigi yang mampu disesuaikan biasanya tidak diperlukan dalam kendaraan yang ditenagai oleh mesin uap atau motor listrik. Pada mesin uap dan motor listrik, torsi tinggi tersedia pada kecepatan rendah dan relatif konstan pada berbagai kecepatan.
WordPress.com
