Statika : Pengenalan

Statika adalah salah satu cabang dari mekanika teknik yang berhubungan dengan analisis gaya-gaya yang bekerja pada sistem struktur yang dalam keadaan diam/statis dan setimbang. Gaya-gaya yang dimaksud disini pada umumnya termasuk gaya itu sendiri dan juga momen. Di dalam statika, sistem struktur diidealisasikan/dianggap sangat kaku sehingga pengaruh dari lendutan tidak diperhatikan. Ilmu statika umumnya merupakan salah satu mata kuliah bidang teknik pertama yang diberikan di level universitas. Prinsip-prinsip yang dipelajari dalam statika cukup mendasar dan mudah dipahami, hanya memerlukan sedikit dari hukum-hukum fisika mekanika dan matematika dasar. Akan tetapi, karena bidang teknik adalah bidang yang mengaplikasikan teori ke dalam dunia praktis, banyak penyederhanaan yang harus dilakukan sebelum suatu struktur bisa dianalisis dengan ilmu statika. Ini yang kadang membuat statika sulit untuk dipahami oleh sebagian orang. Elemen-elemen struktur yang dibahas dalam statika sudah berupa model dari bangunan fisik. Sedangkan pemodelan itu sendiri tidak secara terinci dibahas dalam statika, karena memerlukan tingkat pengetahuan yang lebih tinggi dan juga pengalaman. Perlu ditekankan disini bahwa meskipun dalam statika hanya membahas hal-hal yang relatif mudah, bukan berarti pengetahuan yang didapat disini tidak ada pengaplikasiannya di dunia kerja. Banyak struktur-struktur penting yang telah berhasil dibangun dan beroperasi hanya dengan  mengunakan prinsip-prinsip statika. Gambar-gambar berikut adalah contoh-contoh struktur jembatan yang didesain dengan menggunakan konsep-konsep dasar yang pelajari dalam statika.

Jembatan sedernahana menggunakan konsep balok diatas dua tumpuan.

Metode konstruksi kantilever untuk jembatan.

Konsep dasar dari statika adalah kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada suatu struktur. Artinya semua gaya-gaya yang bekerja pada suatu struktur adalah dalam keadaan setimbang, baik struktur itu ditinjau secara keseluruhan maupun sebagian. Jadi hukum Newton ketiga, yaitu jika ada aksi maka akan diimbangi oleh reaksi. Artinya jumlah gaya-gaya yang bekerja adalah nol.  Berikut akan kita coba bahas hal-hal penting di dalam statika seperti gaya, momen, free-body diagram.

Gaya

Gaya secara sederhana bisa dikatakan sebagai suatu tarikan atau dorongan terhadap sebuah objek. Jadi kalau kamu menarik tambang yang diikatkan ke sebuah pohon, berarti kamu memberi gaya yang berupa tarikan terhadap pohon tersebut. Tergantung besarnya pohon dan juga gaya tarik yang kamu berikan, pohon itu bisa roboh, miring atau sama sekali tidak bergeming. Jadi jelas disini bahwa gaya (tarikan atau dorongan/tekanan) tidak selalu menyebabkan objek yang dikenakan bergerak/berubah lokasi. Untuk yang dorongan bisa dicontohkan dengan mobil yang sedang berada di atas jembatan. Mobil itu akan berusaha mendorong/menekan jembatan ke bawah. Besarnya dorongan oleh mobil terhadap jembatan dalam hal ini adalah sebesar berat dari mobil tersebut karna gaya berat bekerja ke arah bawah. Kalau jembatan didesain secara benar harusnya jembatan tersebut sanggup menahan gaya akibat mobil tersebut. Secara ringkas gaya adalah sebuah besaran yang bertendensi mendorong/merubah bentuk objek yang dikenakan dalam arah gaya tersebut bekerja. Bukan berarti objek yang dikenakan gaya akan berubah bentuk atau bergerak.

Gaya adalah sebuah besaran vektor, yang secara umum artinya sebuah besaran yang tidak hanya bergantung pada besarnya saja, tapi juga arahnya. Untuk gaya, selain dua hal di atas juga bergantung pada titik bekerjanya. Jadi gaya mempunyai tiga karakteristik, yaitu besarnya, arahnya dan juga titik/lokasi bekerjanya yang biasanya direpresentasikan garis bertanda panah seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Titik aplikasi bisa direpresentasikan oleh pangkal atau ujung/kepala dari gambar anak panah.

 

Artinya jika satu atau lebih dari tiga karakteristik ini dirubah, maka efeknya terhadap objek yang dikenakan gaya tersebut akan berubah juga. Besarnya gaya jelas pengaruhnya. Sebagai contoh, kalau kita berusaha mendorong mobil yang relative besar sendirian, kemungkinan besar mobil tidak bergerak karena gaya yang kita berikan ke mobil tidak cukup besar. Tetapi jika kita minta bantuan dua orang lagi untuk membantu mendorong mobil, maka besar kemungkinan mobil bisa didorong oleh tiga orang tersebut karena gaya yang ditimbulkan oleh ketiga orang tersebut lebih besar dibandingkan dengan gaya yang dihasilkan oleh satu orang. Arah dari gaya jelas mempunyai efek terhadap benda yang dikenai gaya tersebut seperti terlihat pada gambar dibawah ini dimana sebuah gaya diaplikasikan terhadap sebuah peti dalam dua arah berbeda, horisontal dan vertikal. Walaupun kedua gaya tersebut mempunyai besar dan titik aplikasi yang sama, akan tetapi reaksi peti tersebut terhadap gaya horisontal akan berbeda jika dibandingkan dengan reaksi terhadap gaya vertikal.

Sedangkan titik aplikasi bisa di gambarkan sebagai berikut dimana sebuah jembatan sederhana yang didukung oleh tumpuan kiri dan tumpuan kanan. Jika gaya yang bekerja posisinya dekat dengan tumpuan yang sebelah kiri (gaya direpresentasikan oleh garis penuh) maka kita dapat merasakan bahwa tumpuan yang kiri akan menerima gaya yang lebih besar dari tumpuan yang sebelah kanan. Sebaliknya jika gaya yang bekerja dekat dengan tumpuan yang sebelah kanan (gaya direpresentasikan oleh garis putus-putus) maka tumpuan sebelah kanan yang akan menerima gaya yang lebih besar. Disini terlihat bagaimana merubah titik aplikasi dari gaya merubah reaksi yang terjadi dari sistem struktur.

Momen

Momen adalah besarnya tendensi dari suatu gaya untuk memutar suatu objek/benda terhadap suatu titik. Dalam bentuk skalar, besarnya momen adalah gaya dikali lengan momen yang merupakan jarak tegak lurus antara titik yang ditinjau dan garis kerja gayanya.  Gambar berikut mengilustrasikan sebuah moment.

 

Jadi besarnya momen tergantung pada dua faktor, yaitu lengan momen dan gaya yang bekerja. Jika gaya yang bekerja besarnya tetap, maka besarnya momen akan berbanding lurus dengan lengan momen. Lengan momen besar, maka momen yang dihasilkan juga besar dan sebaliknya.

Jadi jelas di sini bahwa dalam statika kita mempelajari analisis gaya-gaya, baik gaya-gaya yang bekerja maupun gaya-gaya dalam. Untuk menggeluti bidang teknik pada umumnya dan bidang tehnik sipil pada khususnya memerlukan latar belakang yang kuat dalam bidang fisika mekanika dan juga matematika. Selain itu juga diperlukan kreativitas yang tinggi sehingga memecahkan persoalan dan juga menghasilkan inovasi-inovasi dan/penemuan yang bermanfaat.