Sumber :
Sumber :atikahsyafik.blogspot.comatikahsyafik.blogspot.com
Tujuan pembelajaran :
Tujuan pembelajaran :
Setelah mempelajari kompetensi dasar ini, siswa diharapkan mampu: Setelah mempelajari kompetensi dasar ini, siswa diharapkan mampu:
Mampu menjelaskan pengaruh gaya pada
Mampu menjelaskan pengaruh gaya pada sifat elastisitas bahansifat elastisitas bahan
Kata kunci:
Kata kunci:
2 2
Tegangan
Tegangan
Regangan
Regangan
Modulus elastisitas / Modulus Young
Modulus elastisitas / Modulus Young
Hukum Hooke
Hukum Hooke
Tetapan Gaya pegas
Tetapan Gaya pegas
1.
1.
Pengertian elastisitas
Pengertian elastisitas
Sumber :
Sumber : fisikarudy.wordpress.comfisikarudy.wordpress.com
Elastisitas adalah kemampuan benda untuk kembali ke bentuk semula Elastisitas adalah kemampuan benda untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya yang diberikan pada benda
setelah gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan.tersebut dihilangkan.
Beberapa contoh benda yang elastis adalah karet, pegas, pengikat Beberapa contoh benda yang elastis adalah karet, pegas, pengikat rambut dimana benda-benda tersebut apabila diberi gaya atau ditarik rambut dimana benda-benda tersebut apabila diberi gaya atau ditarik sehingga berubah bentuk dan ketika gaya dihilangkan atau tarikannnya sehingga berubah bentuk dan ketika gaya dihilangkan atau tarikannnya dilepaskan maka benda tersebut akan kembali ke bentuk semula.
dilepaskan maka benda tersebut akan kembali ke bentuk semula.
Benda yang tidak dapat kembali kebentuk semula setelah gaya luar Benda yang tidak dapat kembali kebentuk semula setelah gaya luar dihilangkan disebut benda tak elastis atau benda plastis. Contohnya dihilangkan disebut benda tak elastis atau benda plastis. Contohnya adalah lilin, tanah liat, adonan kue dan lain-lain. Dimina jika adonan adalah lilin, tanah liat, adonan kue dan lain-lain. Dimina jika adonan
kue ditekan dengan telapak tangan dan kemudian telapak tangan diangkat kembali maka adonan kue tidak dapat kembali kebentuk semula.
2. Tegangan
Tegangan adalah perbandingan antara gaya yang bekerja pada benda dengan luas penampangnya.
Secara matematis dirumuskan :
Keterangan :
= tegangan ( N/m2 ) F = gaya ( N )
A = luas penampang ( m2)
Contoh soal :
Seutas kawat mempunyai luas penampang 4 mm2. Kawat tersebut
diregangkan oleh gaya sebesar 3,2 N sehingga bertambah panjang 0,03 cm. Jika diketahui panjang kawat mula-mula 60 cm, berapakah tegangan kawat tersebut ? Diketahui : . A= 4 mm2 = 4 × 10-6 m2 F = 3,2 N ∆ L = 0,03 cm L = 60 cm Ditanyakan: = ...? Jawab ; () = F / A = 3,2 N / 4 x 10-6 m2 = 0.8 x 106 N/ m2
4
3.
Regangan
Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang mula- mula.
Secara matematis dirumuskan :
Keterangan :
e = regangan ( tidak memiliki satuan ) ∆L = pertambahan panjang ( m ) L = panjang mula-mula ( m )
Contoh soal :
Kawat logam panjangnya 80 cm dan luas penampang 4 cm2. Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 50 N. Ternyata panjangnya
menjadi 82 cm. berapakah regangan kawat ? Diketahui : l0 = 80 cm = 8 x 10 -1m ∆l = 82 cm – 80 cm = 2 cm = 2 x 10-2 m A = 4 cm2 = 4.102m2 Ditanya : e = ……..? Jawab : e = ∆l / l e = 2 x 10-2m / 8 x 10 -1m e = 0,25 x 10-1 e = 2,5 x 10-2
4. Grafik Tegangan terhadap
Regangan
Perhatiakan grafik 3.3, apabila gaya diberikan sampai ke titik A, maka pegas akan kembali kebentuk semula. Dan apabila gaya F diperbesar terus sampai
melewati titik B, pegas bertambah panjang dan tidak akan kembali kebentuk semula setelah gayanya dihilangkan. Ini disebut dengan batas elastis. J ika yang yang bekerja pada suatu benda lebih kecil daripada bats elastis nya , maka pegas akan kembali kebentuk awanya. Tapi ebaliknya apabila yang bekerja yang bekerja pada pegas tersebut melampaui atau melebihi batas elastisnya, maka benda
tersebut akan mengalami perubahna bentuk dan tidak akan kembali ke bentuk semula.
Kemudian jika gaya terus ditambah atau diperbesar hingga mencapai titik C, maka pegas akan putus. Jadi dapat disimpulkan bahwa benda yang bersifat elstis memiliki batas elastisitasnya. Apabila gaya yang diberikan terhadap suatu benda melebihi batas elastisnya, maka benda tersebut tidak mampu menahan gaya
6
5. Modulus elastis ( modulus
Young )
Modulus elastic ( E ) adalah perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami benda.
Secara matematis dirumuskan :
Keterangan : F = gaya ( N )
A = luas penampang ( m2 )
∆L = pertambahan panjang ( m ) L = panjang mula-mula ( m )
E = modulus Young ( N / m2atau Pa ) Tabel Modulus elastis berbagai zat
Contoh soal Contoh soal :
Seutas kawat mempunyai luas penampang 4 mm2. Kawat tersebut diregangkan oleh gaya sebesar 3,2 N sehingga bertambah panjang 0,03 cm. Jika diketahui panjang kawat mula-mula 60 cm, berapakah tegangan kawat tersebut ?
Diketahui : . A = 4 mm2 = 4 × 10-6m2 F = 3,2 N ∆L = 0,03 cm = 3 x 10-4m L = 60 cm = 6 x 10-1m Ditanya : E =……..? Jawab : E = / e
Cari dulu dan e
= F/ A = 3,2 N / 4 x 10-6 m2= 0.8 x 106 N/ m2 e = ∆l / l = 3 x 10-4m / 6 x 10-1m = 0,2 x 10-3 = jadi :
E = / e = 0.8 x 106 N/ m2 / 0,2 x 10-3
8
6. Hukum Hooke
Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam bidang ilmu fisika yang terjadi karena sifat elastisitas dari sebuah pir
atau pegas. Ssifat elastisitas pegas pertamakali dikemukan oleh Robert hooke.
Untuk menemukan hukum lakuakan percobaan berikut :
Hukum Hooke
A. Tujuan
Menyelidiki hubungan antara gaya dengan pertambahan panjang pegas. B. Alat dan Bahan
1. Mistar berskala 50 cm 2. Pegas spiral 3.beberapa beban 4. Statip 5.sebuah penunjuk C. Langkah Kerj
1. Pasanglah sebuah pegas spiral dan mistar pada susunan statip seperti ditunjukkan gambar diatas!
2. Gantungkan sebuah pegas pada batang penggantung dan baca panjang bebas (tanpa beban ) Lo.
3. gantunhkan sebuah beban paad ujung pegas kemudian bacalah panjang pegas yang telah digantung beban L.
4. Ulangai langkah 3 dengan menambah lagi bebannya bebarapa kali dengan beban yang berbeda.
5. catatlah data pengamatan anda pada langkah 2, langkah 3 langkah 4 kedalam table hasil pengamtan. Data beban pada kolom 1 dan data panjang pegas pada kolom 3.
6. hitunglah besar gaya tarik pegas ( sama dengan berat beban ) dengan F = mg, dengan m adalah massa totsl beban pada ujung pegas dan g =10 m/s2 . tulis hasil perhitungan pada kolom 2.
7. Hitunglah pertambahan panjang pegas, ∆x, untuk setiap beban yang digunakan
diujung pegas, dengan persamaan ∆x = L - L0. Tulis data hasil perhitungan ( ∆x ) pada
kolom 4
8. dari data table hasil pengamatan. Buatalah grfik gaya tarik pada pegas tehadap pertambahan panjang ( grafik F -∆x ).
Massa Beban ( kg ) Gaya Tarik F = mg ( N ) Panjang pegas ( cm ) Pertambahan panjang ( ∆x ) ( cm )
10
Dari percobaan tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa suatu pegas apabila ditarik dengan gaya tertentu di daerah yang berada dalam batasn
elastisitanya akan bertambah panjang sebesar ∆x. Dari hasil percobaan, juga didapatkan bahwa besar gaya pegas pemulih sebanding dengan pertambahan
panjang pegas ( ∆x). Secara matematis, pernyataan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :
Dimana : F = gaya ( N )
∆X = pertambahan panjang ( m ) K = konstanta / tetapan pegas ( N/ m )
Berdasarkan persamaan diatas hokum hooke dapat dinyatakan dengan :
“ jika gaya tarik tidak melampaui batas elastic pegas, maka pertambahan panjang pegas berbanding lurus ( sebanding ) dengan gaya tariknya.”
Pernyataan tersebut pertama kali dikemukan oleh Robert Hooke, seorang Arsitek yang ditugaskan untuk membangun kembali gedung-gedung di London yang terbakar pada tahun 1666.
Tetapan gaya k dari pegas pada hokum Hooke adalah tetapan umum yang berlaku pada benda elastic jika yang yang diberikan tidak melampaui batas elastisnya.
Jadi, hubungan modulus Young dengan Hukum Hooke adalah:
Sifat elastis yang dinyatakan oleh hukum hooke tidak hanya berlaku pada pegas yang diregangangkan. Namum juga berlaku pad benda yang dimampatkan
selama benda tersebut masih berada pada batas elatisnya. Seperti pada kasur springbed, neraca pegas dan lain-lain.
TOKOH
Robert Hooke
(1635
–
1703)
Robert Hooke dilahirkan dipulau Wight. Ia sudah menjadi yatim
pada usia 13 tahun. Ketika masih muda, Hooke bekerja sebagai
pramusaji dan menggunakan uangnya untuk kuliah di Oxford
University. Pada tahun 1655, Hooke membantu Robert Boyle dalam
menemukan pompa udara.
Di Royal Society, Hooke bekerja sebagai kurator berbagai
eksperimen. Ia mendemontrasikan ide-ide baru yang menarik kepada
para anggota Royal Society setiap minggunya. Selain itu, Hooke juga
seorang arsitek yang terkenal di zamannya.
Hooke paling dikenang karena hukum elastisitas-nya. Hukum ini
menyatakan bahwa sejauh mana suatu benda padat itu menjadi tidak
karuan bentuknya berbanding lurus dengan gaya yang diberlakukan
terhadapnya. Timbangan pegas untuk menimbang hasil bumi di pasar
swalayan menggunakan prinsip ini.
Banyak ilmuwan yang mengakui kontribusi Hooke dalam temuannya.
Misalnya, Newton, Halley, dan Robert Boyle. Hooke meninggal dunia
setelah melakukan ribuan kali ekesperimen dalam hidupnya.
(Dikutip seperlunya dari
100 Ilmuwan,
John Hudson Tiner,
2005)
12
7. Susunan pegas
Konstanta pegas dapat berubah nilainya, apabila pegas-pegas tersebut disusun menjadi rangkaian. Besar konstanta total rangkaian pegas bergantung pada jenis rangkaian pegas, yaitu rangkaian pegas seri atau rangkaian pegas paralel.
a. Susunan seri
sumber : belajar.kemdiknas.go.id Contoh soal :
Benda bermassa 4,5 kg digantungkan pada pegas sehingga pegas itu bertambah panjang sebesar 9 cm. Berapakah tetapan pegas tersebut?
Diketahui: m = 4,5 kg, g = 10 m/s2, ∆ x= 9 cm. Ditanya : k =…….? Jawab : F = k ∆ x k = F / ∆x k = mg / ∆x k= ( 4,5 kg ) ( 10 m/s2 ) / ( 0,09 m ) k = 500 N/m
Gambar diatas adalah salah satu contoh susunan pegas seri. Apabila diberikan gaya maka semua pegas meraskan gaya yang sama.
Konstanta pegas pada susunan seri dapat dirumuskan :
Dengan k n =konstanta pegas ke
b. Susunan parallel
sumber : sepenggal.wordpress.com
Gambar diatas mepakan contoh susunan pegas pararel. Pada saat ditarik gaya maka pemanjangan pegas sama dan gaya yang diberikan dibagi sebanding konstantanya.
Konstanta pegas paralel dapat dirumuskan :
14 c. Susunan pegas campuran
sumber : sepenggal.wordpress.com
Gambar diats adlah salh satu contoh bentuk susuan pegs campuran. Dalam menganalisa susunan pegas campuran dapat ditentukan dengan memilih susunan dari pegas tersebut yang sudah dapat dikategorikan dalam susunan seri atau paralel.
Contoh soal :
1. Dua pegas identik memiliki tetapan pegas 600 N/m. Tentukanlah konstanta sistem pegas jika: a. disusun seri b. disusun paralel Jawab Diketahui: k 1 =k 2 600 N/m. Ditanya : a). k seri=…….?
b). k paralel=……?
2. Empat buah pegas memiliki konstanta masing-masing sebesar k1 = 100 N/m, k2 = 200 N/m, k3 = 300 N/m dan k 4= 300 N/m. Ketiga pegasnya disusun paralel dan
kemudian diseri dengan pegas lainnya sehingga susunannya seperti pada gambar dibawah. Berapakah konstanta pegas pengganti?
Diketahui : k 1= 100 N/m k 2= 200 N/m k 3= 300 N/m k 4= 300 N/ m Ditanya : k total =………? Jawab :
Konstanta pegas pengganti adalah
Dari gambar dikathui bahwa pegas k 1,k 2,k 3tersusun secara parallel konstanta
pengganti
K p= k 1 + k 2+ k 3
K p= 100 N/m + 200 N/m + 300 N/m
K p = 600 N/m
pegas k pdan k 4seri, konstanta pengganti :
16
Uji Kompetensi
A. Pilihlah jawaban yang tepat dengan menuliskan huruf a, b, c, d, atau e di dalam buku tugas Anda!
1. Benda-benda yang diberi gaya akan bertambah panjang dan jika gaya dilepaskan akan memiliki sifat kembali ke keadaan semula. Sifat ini dinamaka a. Keras b. Kelihatan c. Plastik d. Elatis e. Regangan
2. Tegangan dinyatakan dalam satuan: a. N/m2
b . N·m2 c. N/m d. N·m e. N/m2
3. Sebuah batang ditarik oleh sebuah beban. Tegangan tariknya tidak tergantung pada…….
a. Massa beban
b. Percepatan gravitasi c. Massa jenis beban d. Panjang batang e. Diameter batang
4. Perbandingan antara tegangan dan regangan disebut… a. konstanta gaya
b. modulus Bulk c. modulus elastisitas d. gaya regangan e. energy potensial
5. Perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang mula-mula disebut…. a. regangan b. tegangan c. modulus young d. Hukum hooke e. elastisitas
6. perbandingan gaya yang diberikan ke pegas terhadap luas penampangnya disebut…. a. stress b. strain c. modulus young d. kekenuyalan d. mampatan
7. Hooke Hukum menyatakan:
a. Tegangan sama dengan regangan
b. Tegangan selalu lebih besar dari regangan
c. Tegangan berbanding lurus dengan regangan dalam batas plastik. d. Tegangan berbanding lurus dengan regangan dalam batas elastis. e. regangan selalu lebih besar dari tegangan
8. Benda bermassa 2 kg digantungkan pada pegas sehingga pegas bertambah panjang 2 cm. Tetapan pegas tersebut ....
a. 100 N/m b. 200 N/m
c. 1.000 N/m d. 2.000 N/m e. 5.000 N/m
9. Agung yang bermassa 50 kg menggantung pada sebuah pegas yang memiliki konstanta pegas sebesar 2.000 N/m. Pegas tersebut akan bertambah panjang sebesar ….
a. 2,0 cm b. 2,5 cm
18 c. 4,0 cm
d. 5,0 cm e. 6,5 cm
10. Pegas yang panjang awalnya 30 cm akan menjadi 35 cm saat ditarik gaya 20 N. Berapakah konstanta pegasnya….
a. 1 N/m b. 60 N/m
c. 10 N/m d. 400 N/m e. 40 N/m
11. Sebuah batang ditarik oleh sebuah beban. Tegangan tariknya tidak tergantung pada…….
a. Massa beban
b. Percepatan gravitasi c. Massa jenis beban d. Panjang batang e. Diameter batang
12. Rumus dimensi modulus elastisitas adalah…. a. M L-1T-2
b. M L3T-2 c. ML3T-3 d. M2L2T-1 e. M2L2T-2
13. Sebuah logam memiliki modulus Young 4 x 106 N/m2, luas penampang 20 cm2dan panjangnya 5 m. Konstanta gaya logam pegas tersebut adalah….
a. 400 N/m b. 800 N/m
c. 1600 N/m d. 200 N/m e. 6400 N/m
14. Dua buah kawat baja dengan modulus elastisitas E luas penampang masing-masing A dan 2A dengan panjang yang sama. Perbandingan
pertamabahan panjang kawat tunggal yang mempunyai luas penampang 2A dengan luas penampangnya A diparel dan diberi gaya masing-masing F
adalah… a. 1:2 b. 2:1 c. 4:1 d. 1:4 e. 1:1
15. Konstanta tiga buahb pegas berturut-turut ; k 1 = 20 N/m, k 2= 30 N/m, k 3 =
60 N/m. jika ketigana dipasang seri, tetapan peegas pengantinya
sebesar….. a. 5 b. 10 c. 15 d. 20 e. 25
20 B. Kerjakan soal-soal berikut !
1. Jelaskan pengertian pegas sebagai benda elastic dan plastik ! 2. Perhatikan gambar berikut ini!
Tentukan :
a) nilai konsanta pegas
b) energi potensial pegas saat x = 0,02 meter
((Sumber gambar : Soal UN Fisika 2008 Kode Soal P4 )
3. Sebuah kawat dengan panjang 60 cm dan luas penampang 4 mm2ditarik dengan gaya 60 N. jika kawat mulur sepanjang 0.3 mm. tentukan :
a. Tegangan pada kawat b. Regangan
c. Modulus elastisitas bahan
4. Dua buah pegas yang disusun pararel berturut-turut mempunyai konstanta sebesar 200 N/m dan 300 N/m. Jika diujungnya diberi beban sebesar 4 kg dan g = 10 m/s2, maka hitunglah pertambahan
5. Sebuah pegas memiliki panjang 20 cm. Saat ditarik dengan gaya 12,5 N panjang pegasnya menjadi 22 cm. Berapakah panjang pegas jika
Glosarium
Elastisitas : kemampuan benda untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan.
Hokum Hooke : “ jika gaya tarik tidak melampaui batas elastic pegas, maka pertambahan panjang pegas berbanding lurus ( sebanding ) dengan gaya tariknya.”
Modulus elastisitas : perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami benda.
Regangan : perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang mula- mula.
Tegangan : perbandingan antara gaya yang bekerja pada benda dengan luas penampangnya.
22
Daftar Pustaka
Kanginan, Marthen 2006 ; FISIKA untuk SMA kelas XI :Jakarta ; penerbit Erlangga
Purwanto, Budi 2011 ; Theory and Application of Physics 2 for Grade XIof Senior High Schooland Islamic Senior High School Biligual ; PT Tiga Serangkai Pustaka Mandiri
Sunardi dan EtsA Indra Irawan 2011; FISIKA BILINGUAL Untuk SMA / MA Kelas XI semester 1 & 2 ; Bandung ; Penerbit Yramawidya.
Nurachmadani, Setya 2009: FISIKA 2 Untuk SMA / MA kelas XI ; Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional
Handayani, Sri dan Damari Ari 2009 ; Fisika 2 : Untuk SMA/MA Kelas XI ; Jakarta ; Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional
bapak-muchtar.blogspot.com/.../kelas-xi-bab-3- pengaruh-gaya
- pada.htm...kurniahikmah.blogspot.com/2011/.../percobaan-tentang-hukum
-hooke.h...
Abadi,Rinawan,2009 ; PR FISIKA Untukn SMA / MA kelas XI Semester 1. ; PT Intan Pariwara
