0Shares

Mekanik merupakan satu cabang dalam Sains Fizikal dimana ianya menerangkan suatu keadaan yang pegun ataupun yang bergerak dengan kehadiran suatu daya yang dikenakan padanya. Umumnya, subjek ini dibahagikan kepada tiga cabang iaitu mekanik jasad yang tegar (rigid-body), mekanik jasad yang berubah bentuk (deformable-body), dan mekanik bendalir (fluid mechanics). Didalam subjek Statik ini, ianya lebih fokus kepada mekanik jasad yang tegar kerana ianya merupakan asas kepada cabang yang lebih kompleks iaitu dua cabang yang terkemudian tersebut. Tambahan pula, mekanik jasad yang tegar ini adalah penting dalam mereka dan menganalisa semua jenis struktur, komponen mekanikal, mahupun peranti elektrik dalam kejuruteraan.

Struktur Bumbung (Taken from: Hibbeler, R.C (2010). Engineering Mechanics Statics 12th Edition.  Prentice Hall: Singapore)

Mekanik jasad yang tegar ini pula dibahagikan kepada dua keadaan iaitu pegun (Statics) dan bergerak (Dynamics). Statik ini menjerus kepada keseimbangan sesuatu jasad iaitu jasad yang berada dalam keadaan pegun ataupun bergerak pada halaju yang tetap. Manakala, Dinamik ini menjurus kepada jasad yang mempunyai pecutan. Kita boleh ambil Bahasa mudah yang Statik ini adalah suatu keadaan yang istimewa didalam Dinamik dimana nilai pecutannya kosong. Statik ini dipisahkan didalam pembelajaran kejuruteraan kerana kebanyakkan objek direka untuk mencapai keseimbangan.

 

Didalam subjek Statik ini beberapa prinsip yang asas harus dipegang iaitu ketiga-tiga pergerakan Hukum Newton, konsep penarikan graviti Hukum Newton, dan berat. Jika anda menafikan hukum graviti dan hukum pergerakan ini, anda belum sesuai menjadi seorang jurutera. Teruskanlah dengan berteori konspirasi tanpa ada asas teknikal.

 

Mari kita ikuti beberapa topik yang terkandung didalam subjek Statik ini. Pertamanya adalah berkenaan dengan vektor sesuatu daya. Ukuran untuk semua kauntiti fizikal ini diukur secara skalar dan juga vektor. Ukuran skalar merujuk kepada magnitud ataupun saiz manakala ukuran vektor memerlukan kedua-dua magnitud dan arah. Secara grafiknya, vektor ini dilukis dengan anak panah. Daya merupakan suatu vektor maka ianya dilukis sebagai anak panah. Apabila ianya suatu vektor, ianya boleh dipecahkan mengikut paksi rujukan seperti paksi-x, paksi-y, dan paksi-z untuk memudahkan operasi vektor penambahan, penolakkan, mahupun dot produk. Antara sebab lain anak panah ini harus dipecahkan mengikut komponen arah adalah kerana setiap anak panah (iaitu daya) mempunyai sudut, maka lebih mudah diterbitkan dalam suatu jujukan yang disebut sebagai ‘Cartesian Vector’.

Vektor Daya (Taken from: Hibbeler, R.C (2010). Engineering Mechanics Statics 12th Edition.  Prentice Hall: Singapore)

Topik lain adalah berkenaan dengan keadaan keseimbangan sesuatu jasad. Sekali lagi diulangi, keseimbangan merujuk kepada keadaan sama ada jasad itu pegun ataupun mempunyai halaju yang tetap. Kenapa kita tidak merasa pergerakan bumi? Ini bukanlah bermakna bumi itu pegun tetapi ianya bergerak pada halaju yang tetap. Anda naik kapal terbang ketika ‘cruising’ anda pasti tidak merasa sebarang daya tujahan pon kerana halajunya sudah tetap. Tetapi apabila anda rasa suatu daya (sama ada anda tertolak ke hadapan mahupun ke belakang), pastinya ada perubahan halaju tersebut iaitu wujudnya pecutan ataupun nyahpecutan! Maka apabila kita sebut keseimbangan ini, jumlah seluruh daya (di semua paksi arah) bersamaan dengan sifar, F=0 (Boleh rujuk Hukum Newton kedua F=ma). Jadinya, apabila kita sudah belajar bagaimana suatu arah itu dipecahkan kita tambahkan pula dengan memasukkan Hukum Newton ini dimana jumlah sesuatu daya pada setiap paksi bersamaan dengan sifar. Yang diperlukan adalah mencari berapa jumlah daya yang dikenakan pada suatu jasad seperti kabel, tali, spring dan sebagainya dalam dua atau tiga dimensi.

 

Kemudian kita akan diperkenalkan dengan konsep momen. Apabila suatu daya dikenakan kepada suatu jasad, jasad itu akan cenderung untuk berputar pada suatu titk (yang tidak selari dengan garis tindakan sesuatu daya). Kadang-kadang ianya disebut sebagai ‘torque’. Momen ini merupakan suatu vektor juga. Maka penyelesainnya juga sama dengan daya tadi, yang bezanya momen ini ada ‘arm’ yang menghubungkan daya dan titik tersebut. Ambil contoh kita memegang steering kereta. Apabila kita hendak membelok, kita akan kenakan suatu daya pada steering tersebut utk memusingkan steering. Ini adalah momen. Bagaimana aplikasinya? Ambil contoh ketika mana kita ingin membuka botol yang ketat. Adalah lebih mudah kita panjangkan sedikit ‘arm’ nya supaya momennya lebih lagi dan mudah untuk membukanya. Ada satu lagi perkara, iaitu dipanggil sebagai ‘couple moment’. ‘Couple moment’ ini bermaksud terdapat dua daya yang sama magnitud tetapi berlawanan arah. Sekali lagi, apabila jasad dalam keseimbangan, maka jumlah kesemua momen ini pada setiap arah juga adalah sifar.

Momen (Taken from: Hibbeler, R.C (2010). Engineering Mechanics Statics 12th Edition.  Prentice Hall: Singapore)

 

Setelah kita mengetahui kedua-dua vektor yang terlibat iaitu daya dan momen ini, kita boleh membuat analisa sesuatu jasad iaitu berapa daya dan momen yang dikenakan pada suatu jasad tersebut. Didalam matematik, penyelesaian boleh dibuat apabila bilangan persamaan harus sama atau lebih dari bilangan anu. Maka, apabila keadaan ini tidak berlaku, keaadan ini disebut ‘statically indeterminate’. Ianya merujuk kepada keadaan bilangan kekangan yang berlebihan. Maka, diperkenalkan pula subjek yang lebih kompleks sedikit yang disebut sebagai Mekanik Bahan pula. Maka bilangan persamaan pun akan bertambah dan penyelesaian boleh dilakukan.  Dari kedua-dua subjek Statik dan Mekanik Bahan ini kita sudah boleh mereka bagaimanakah bentuk rekaan yang sesuai untuk menampung kedua-dua vektor ini.

 

Disamping mengetahui daya-daya dan momen-momen ini, perkara yang harus ditikberatkan juga adalah pusat graviti dan ‘centroid’ suatu jasad. Pusat graviti ini merujuk kepada titik keseimbangan jisim dan penyerakkan jirim dalam suatu jasad. Perkara yang dipelajari adalah bagaimanakah kita menentukan lokasi pusat graviti tersebut. Ianya diselasaikan dengan kaedah matematik, iaitu kamiran (integration). Aplikasi pengamiran dalam matematik ini sangat menarik kerana apabila kita selesaikan satu bahagian (dalam subjek ini suatu zarah), keselurahan jasad boleh dikirakan dengan mengambil had-had yang tertentu. Maka, dengan ini bentuk yang kompleks juga boleh dikira dengan persamaan dan kamiran ini. Akan tetapi, jika suatu jasad itu mempunyai bahan-bahan yang berlainan, iaitu jasad komposit, maka setiap satu bahagian akan deselesaikan beransingan.

Pusat Graviti (Taken from: Hibbeler, R.C (2010). Engineering Mechanics Statics 12th Edition.  Prentice Hall: Singapore)

 

Akhir kalam, subjek Statik ini adalah perkara asas dalam kejuruteraan. Aplikasinya amat penting sekali dalam mereka bentuk sesuatu struktur. Sebelum mengaplikasikannya dalam kejuruteraan, konsep fizik dan matematik harus kukuh. Iaitu konsep graviti dan asas kalkulus. Jika anda menafikan graviti ini, pasti anda tak akan lihat bangunan-bangunan yang berdiri diatas kepala. Ianya bukanlah suatu teori, ianya sudah dibuktikan dan digunapakai. Jika pemikiran anda hanya berteori konspirasi sahaja maka anda menimbulkan wasangka sahaja. Kita dinasihatkan berhati-hati iaitu waspada, bukan untuk wasangka.

WAllahua’lam.

Rujukan:

Hibbeler, R.C (2010). Engineering Mechanics Statics 12th Edition.  Prentice Hall: Singapore