Permainan Yoyo dalam Ilmu Fisika

Sepintas yoyo hanya mainan sederhana. Terbuat dari bahan kayu, plastik, atau besi berbentuk bulat dengan sebuah rongga dan porosnya diikat seutas benang. Di tangan pemain yoyo yang mahir, yoyo menjadi pertunjukan yang menakjubkan.

Sejarah Yoyo

Yoyo termasuk jenis permainan kuno yang sampai sekarang masih populer. Orang Yunani kuno telah bermain yoyo sekitar 2.500 tahun yang lalu. Fakta-fakta menunjukkan nenek moyang orang Cina juga memiliki mainan serupa yoyo.

Ada beragam desain yoyo. Pada yoyo tradisional, benangnya diikat erat ke poros. Yoyo tradisional mula-mula banyak digunakan di Eropa. Pada yoyo modern, benangnya berbentuk laso. Yoyo modern dibawa dari Filipina ke Amerika Serikat pada tahun 1920-an.

Materi Fisika Pada Yoyo

Yoyo memiliki energi potensial. Energi ini berasal dari dua sumber, yaitu gaya gravitasi (melalui lemparan) dan laso yang memungkinkan yoyo berotasi. Ketika yoyo dimainkan, kedua energi potensial itu berubah menjadi energi kinetik. Yoyo jatuh lurus ke tanah karena lemparan dan gaya gravitasi. Pada saat yang sama, tali memberi energi putar. Saat yoyo sampai pada ujung benang, energi putar belum habis sehingga yoyo terus berotasi dalam keadaan “diam”. Dalam bahasa Inggris, kondisi tersebut dinamakan sleep.

Rotasi yoyo membuatnya stabil. Agar yoyo naik ke atas, kita harus menyentakkan talinya. Gerakan sleep tidak mungkin terjadi pada yoyo tradisional sebab talinya terikat erat pada poros, sehingga saat yoyo sampai pada ujung benang, yoyo akan membalik ke atas (ke tangan pemain yoyo).

Gerakan sleep memungkinkan pemain yoyo melakukan beragam trik. Maka, pemain yoyo selalu berusaha melakukan sleep selama mungkin agar dapat melakukan banyak trik. Salah satu trik adalah walk the dog, yaitu yoyo digelindingkan di tanah seperti roda, kemudian ditarik kembali ke tangan.

Pabrik yoyo menciptakan beragam desain yoyo untuk memudahkan sleep. Salah satu desain yoyo menggunakan prinsip fisika yang disebut momen inersia. Momen inersia berkaitan dengan kemampuan suatu benda melakukan rotasi. Momen inersia dipengaruhi dua faktor, yaitu massa benda dan jarak massa dari poros. Makin besar massa dan makin jauh jaraknya dari poros, makin besar pula momen inersianya. Jika memiliki momen inersia tinggi, yoyo bisa melakukan sleep dalam waktu yang lama. Untuk itu, pabrik yoyo menumpukkan berat pada tepi terluar. Cara lain untuk mendapatkan momen inersia yang tinggi adalah dengan mengurangi gesekan antara poros yoyo dengan benang. Caranya dengan meletakkan bola (gotri) pada sekeliling poros, sehingga poros yoyo tidak bersentuhan dengan benang. Agar lebih halus, gotri bisa diberi minyak pelumas (oli).

Saat dunia tergila-gila dengan yoyo pada tahun 1990-an, sebuah perusahaan bernama Yomega menciptakan yoyo jenis baru. Sama dengan yoyo generasi sebelumnya, benang juga tidak menyentuh poros. Bedanya, benang diletakkan pada pelek. Antara pelek dan poros dipisahkan pegas (per). Saat yoyo diam atau berputar pelan, pegas menekan pelek. Jadi, jika poros berputar, pelek (dan yoyo) ikut berputar. Namun, saat yoyo berputar cepat, gaya sentrifugal menarik pegas sehingga pegas tidak menekan pelek. Jadi, pelek terpisah dari poros. Saat poros berputar, pelek (dan yoyo) tetap diam.

Saat yoyo dilempar, awalnya bergerak pelan. Namun, sesampai di ujung benang, putaran menjadi cepat. Poros berputar, tetapi yoyo diam atau melakukan gerakan sleep. Fisika memang dunia yang mengasyikan, dimasa datang kreativitas kitalah yang ditunggu seperti permainan yoyo tersebut.

Keseimbangan Benda Tegar : Titik Berat

Telah dikatakan sebelumnya bahwa suatu benda tegar dapat mengalami gerak translasi (gerak lurus) dan gerak rotasi. Benda tegar akan melakukan gerak translasi apabila gaya yang diberikan pada benda tepat mengenai suatu titik yang yang disebut titik berat.

Benda akan seimbang jika pas diletakkan di titik beratnya

Titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam keseimbangan rotasi (tidak mengalami rotasi). Pada saat benda tegar mengalami gerak translasi dan rotasi sekaligus, maka pada saat itu titik berat akan bertindak sebagai sumbu rotasi dan lintasan gerak dari titik berat ini menggambarkan lintasan gerak translasinya.

Mari kita tinjau suatu benda tegar, misalnya tongkat pemukul kasti, kemudian kita lempar sambil sedikit berputar. Kalau kita perhatikan secara aeksama, gerakan tongkat pemukul tadi dapat kita gambarkan seperti membentuk suatu lintasan dari gerak translasi yang sedang dijalani dimana pada kasus ini lintasannya berbentuk parabola. Tongkat ini memang berputar pada porosnya, yaitu tepat di titik beratnya. Dan, secara keseluruhan benda bergerak dalam lintasan parabola. Lintasan ini merupakan lintasan dari posisi titik berat benda tersebut.

Demikian halnya seorang peloncat indah yang sedang terjun ke kolam renang. Dia melakukan gerak berputar saat terjun. sebagaimana tongkat pada contoh di atas, peloncat indah itu juga menjalani gerak parabola yang bisa dilihat dari lintasan titik beratnya. 

seorang yang meloncat ke air dengan berputar

Jadi, lintasan gerak translasi dari benda tegar dapat ditinjau sebagai lintasan dari letak titik berat benda tersebut. Dari peristiwa ini tampak bahwa peranan titik berat begitu penting dalam menggambarkan gerak benda tegar.

Cara untuk mengetahui letak titik berat suatu benda tegar akan menjadi mudah untuk benda-benda yang memiliki simetri tertentu, misalnya segitiga, kubus, balok, bujur sangkar, bola dan lain-lain. Yaitu d sama dengan letak sumbu simetrinya. Hal ini jelas terlihat pada contoh diatas bahwa letak titik berat sama dengan sumbu rotasi yang tidak lain adalah sumbu simetrinya.

Di sisi lain untuk benda-benda yang mempunyai bentuk sembarang letak titik berat dicari dengan perhitungan. Perhitungan didasarkan pada asumsi bahwa kita dapat mengambil beberapa titik dari benda yang ingin dihitung titik beratnya dikalikan dengan berat di masing-masing titik kemudian dijumlahkan dan dibagi dengan jumlah berat pada tiap-tiap titik. dikatakan titik berat juga merupakan pusat massa di dekat permukaan bumi, namun untuk tempat yang ketinggiannya tertentu di atas bumi titik berat dan pusat massa harus dibedakan.