PENGENALAN KONSEP-KONSEP BIOMEKANIK

LANGKAH PENYELESAIAN MASALAH KUANTITATIF



GAMBARAJAH JASAD BEBAS
Analisis mekanik sesuatu struktur umumnya dimulakan dengan mengenakan persamaan Newton kepada seluruh struktur itu, atau kepada sebahagian daripadanya. Untuk melihat apa yang berlaku kepada sesuatu bahagian struktur, bahagian yang berkenaan perlu dipencilkan daripada bahagian-bahagian yang lain.

Gagasan pemencilan bahagian-bahagian yang menjadi sasaran analisis itu adalah suatu gagasan yang amat penting dalam analisis ilmu mekanik. Analisis tidak dapat dilakukan dengan betul tanpa memahami benar-benar akan gagasan ini. Pengkajian tentang bahagian yang telah dipencilkan, atau jasad behas, bagi sesuatu entiti tidak boleh dipisahkan daripada topik-topik yang lain. Maka di sini akan diperkatakan bagaimana sesuatu sistem dipencilkan dan kemudiannya digambarkan secara grafik.

  • Sistem Mekanik
    Sistem mekanik ditakrifkan sebagai sistem jasad yang boleh dipencilkan daripada jasad-jasad yang lain. Sistem itu boleh dibentuk oleh jasad, sebahagian daripada jasad atau gabungan jasad-jasad terhubung. Jasad yang membentuk sistem tersebut boleh bersifat tegar atau tak tegar. Sistem mekanik boleh berbentuk pepejal, segumpalan bendalir mahupun gabungan pepejal dengan bendalir.

    Pemencilan sistem mekanik dilaksanakan dengan memotong dan memencilkan sistem itu daripada sekitarannya. Pemencilan ini membolehkan kita melihat kepada saling tindak antara bahagian berkenaan dengan bahagian-bahagian lain. Bahagian yang telah terpotong secara khayali itu membentuk suatu jasad bebas. Gambar rajah yang menggambarkan jasad bebas berkenaan, lengkap dengan sistem daya luar yang bertindak padanya yang disebabkan oleh saling tindaknya dengan bahagian-bahagian yang telah disisihkan, dinamai gambar rajah jasad behas (GJB).

    GJB bagi sesuatu sistem jasad menunjukkan semua daya yang bertindak pada sempadan luar jasad yang telah dipencilkan itu. Daya-daya ini termasuklah daya-daya tindakan yang dikenakan secara langsung kepadanya, berat jasad yang dipencilkan itu, dan daya-daya tindak balas yang dikenakan pada jasad itu oleh bahagian-bahagian yang telah disisihkan daripadanya tadi. Perhatikan bahawa daya dalam pada sesuatu struktur akan menjadi daya luar apabila didedahkan oleh proses pemotongan untuk membentuk jasad bebas.

    Sebagai contoh, pertimbangan struktur lengan lori angkut dalam Rajah 1 (a). Katalah analisis hendak dilakukan terhadap seluruh struktur lengan itu apabila ia sedang mengangkat beban yang ditunjukkan, dengan keadaan berat anggota-anggota komponen lengan itu boleh diabaikan berbanding dengan berat beban. Andaikan yang semua sendi pada lengan itu tidak menghalang putaran pada sendi berkenaan, iaitu sendi hanya menerbitkan daya tindak balas dan tidak menerbitkan sebarang momen tindak balas. Oleh kerana arah serta hala semua daya tindak balas adalah anu, arah dan hala itu dilukis secara sebarangan.

    Rajah 1

    Lengan tersebut boleh dipencilkan daripada jasad lori angkut itu pada titik A tempat ia tercemat dengan kerangka lori, dan pada titik C tempat ia ditindaki daya tindakan rod omboh hidraulik. Lengan yang telah dipencilkan itu ditunjukkan dalam Rajah 1 (b).

    Pada rajah itu, F ialah daya yang disebabkan oleh saling tindak di antara titik C pada lengan lori dengan omboh hidraulik, mg ialah berat beban, dan titik G ialah pusat graviti beban. Rajah 1 (b) adalah GJB bagi seluruh lengan tersebut untuk keadaan yang ditunjukkan.

    Jika yang hendak dianalisis ialah bekas beban itu sahaja, GJB yang dalam Rajah 1 (c) dilukis. Jika anggota BC pula yang hendak dianalisis, GJB yang berkenaan ditunjukkan dalam Rajah 1 (d).

    Perhatikan bahawa dalam semua GJB tersebut, arah serta hala semua daya tindak balas dilukis secara sebarangan kerana diandaikan anu. Kita akan belajar nanti bagaimana untuk menentukan arah setengan-setengah jenis daya tindak balas melalui pencerapan.

  • Tatacara Melukis Gambar rajah Jasad Bebas
    GJB dilukis dengan mengikuti langkah-langkah yang berikut dengan tertib:
    1. Gambarkan jasad yang telah dipencilkan daripada sekitarannya itu dengan melukiskan garis luarnya.
    2. Tunjukkan, secara gambaran, semua beban yang bertindak pada jasad. Beban-beban ini merangkumi daya-daya dan ganding-ganding tindakan (yang menyebabkan kecenderungan untuk bergerak), serta daya-daya dan ganding-ganding tindak balas (yang disebabkan oleh sebarang bentuk kekangan dan cenderung untuk menghalang gerakan).
    3. Tandakan magnitud dan hala beban. Gunakan huruf untuk menandakan magnitud anu. Bagi hala anu, pilih hala itu secara sebarangan tetapi setiap pasang, beban yang saling bertindak hendaklah dipilih halanya supaya mamatuhi hukum Newton ketiga.
    4. Tunjukkan semua dimensi yang perlu untuk menghitung momen.

    Perlu ditekankan di sini bahawa hanya GJB yang betul sahaja akan menghasilkan selesaian yang tepat. Langkah terpenting yang perlu diambil untuk menyelesaikan masalah-masalah mekanik ialah dengan melukis GJB yang betul.


  • Masalah contoh
    Rajah 2 menunjukkan pencedok sebuah jentolak yang mengandungi beban berjisim m serta mekanisme pautannya. Sendi di A ialah sendi cemat. Lukiskan GJB bagi pencedok itu yang dipencilkan daripada semua anggota lain mekanisme cedok tersebut.

    Perhatikan bahawa sendi cemat mampu menerbitkan daya tindak balas sahaja tetapi tidak mampu menerbitkan ganding tindak balas. Andaikan yang daya pada silinder hidraulik di B bertindak di sepanjang garis anggota itu. Bagi daya yang arahnya anu, daya itu bolehlah diwakili dengan dua komponen yang serenjang.

    Abaikan berat pencedok dan berat semua pautan.

    Rajah 2

  • Selesaian
    Berat beban bertindak ke bawah di pusat graviti G. Daya tindak balas di B bertindak di sepanjang paksi silinder hidraulik. Halanya tidak diketahui tetapi boleh diandaikan bertindak pada mana-mana hala sahaja. Tindak balas di A tidak diketahui arah mahupun halanya. Maka ia dilukiskan melalui dua komponen serenjang dengan hala yang diandaikan sembarangan.

    GJB yang berkenaan adalah seperti ditunjukkan dalam Rajah 3 di bawah.

    Rajah 3

    Dipetik daripada Mekanik Kejuruteraan - Statik, Wan Abu Bakar Wan Abas, Dewan Bahasa dan Pustaka (1989)




    © 2001 Jabatan Kejuruteraan Bioperubatan Universiti Malaya