Contoh Soal Elastisitas Fisika
1. Adi punya sebuah kawat dengan luas penampang 2 mm2, kemudian diregangkan oleh gaya sebesar 5,4 N sehingga bertambah panjang sebesar 5 cm. Bila panjang kawat mula-mula adalah 30 cm, berpakah modulus elastisitas dari kawat tersebut?
a. 1,53 x 106 N/m2
3. Sebuah kawat luas penampangnya 4 mm2, kemudian diregangkan oleh gaya sebesar 8 N sehingga bertambah panjang 0,08 cm. Bila panjang kawat mula-mula adalah 60 cm, berapakahh tegangan dan regangan kawat tersebut?
4. Soal Elastisitas berikutnya adalah, jika sobat punya kawat A dan kawat B sama panjang dengan perbandingan diameter 1:2, masing-masing ditarik oleh gaya sebesar F, sehingga mengalami pertambahan panjang dengan perbandingn 3:1. Pertanyaannya berapa nilai perbandingan dari modulus young kawat A dan kawat B?
jawab
Perbanding diameter A : B = 1:2 maka perbandingan luas penampang = 12 : 22 = 1:4
perbandingan Δl A dan B = 3:1 jika melihat rumus modulus young
didapat kesimpulan “modulus young sebanding dengan gaya (F) serta panjang awal (lo) dan berbanding terbalik dengan luas alas (A) dan pertambahan panjang ( Δl)“
EA/EB = [FA/FB] x [Luas Alas B/Luas Alas A] x [ΔlB/ΔlA] (perhatikan posisi atas bawah A dan B)
EA/EB = 1/1 x 4/1 x 3/1 = 3/4
jadi perbandingan modulus young kawat A dan Kawat B = 3:4
5. Sebuah pegas yang bersifat elastis memiliki luas penampamg 100 m2. Jika pegas ditarik dengan gaya 150 Newton. Tentukan tegangan yang
dialami pegas ! Diketahui : A : 100 m2 F : 150 N Ditanya : σ . . . ?
Jawab :
σ : F / A
σ : 150 N / 100 m2 σ : 1.5 N/m2
6. Sebuah kawat yang panjangnya 100 cm ditarik dengan gaya 100
Newton. Yang menyebabkan pegas bertambah panjang 10 cm. Tentukan regangan kawat !
Diketahui : Lo : 100 cm ΔL : 10 cm F : 100N Ditanya : e . . . . ?
jawab :
e : ΔL /Lo
7. Diketahui panjang sebuah pegas 25 cm. Sebuah balok bermassa 20 gram digantungkan pada pegas sehingga pegas bertambah panjang 5 cm. Tentukan modulus elastisitas jika luas penampang pegas 100 cm2 !
Diketahui :
8. Sebuah pegas panjangnya 20 cm. Jika modulus elastisitas pegas 40 N/ m2 dan luas ketapel 1 m2. Tentukan besar gaya yang diperlukan agar pegas bertambah panjang 5 cm
9. Sebuah pegas digantung dengan posisi seperti gambar berikut! Pegas kemudian diberi beban benda bermassa M = 500 gram sehingga
bertambah panjang 5 cm.
Tentukan :
a) Nilai konstanta pegas
b) Energi potensial pegas pada kondisi II
c) Energi potensial pegas pada kondisi III ( benda M kemudian ditarik sehingga bertambah panjang 7 cm)
d) Energi potensial sistem pegas pada kondisi III
e) Periode getaran yang terjadi jika pegas disimpangkan hingga bergetar harmonis
f) Frekuensi getaran pegas
Pembahasan
a) Nilai konstanta pegas
Gaya-gaya yang bekerja pada benda M saat kondisi II adalah gaya pegas dengan arah ke atas dan gaya berat dengan arah ke bawah. Kedua benda dalam kondisi seimbang.
c) Energi potensial pegas pada kondisi III ( benda M kemudian ditarik sehingga bertambah panjang 7 cm)
d) Energi potensial sistem pegas pada kondisi III
e) Periode getaran yang terjadi jika pegas disimpangkan hingga bergetar harmonis
10. Enam buah pegas identik disusun sehingga terbentuk seperti gambar di bawah. Pegas kemudian digantungi beban bermassa M .
Jika konstanta masing-masing pegas adalah 100 N/m, dan massa M adalah 5 kg, tentukan :
a) Nilai konstanta susunan pegas
b) Besar pertambahan pertambahan panjang susunan pegas setelah digantungi massa M
Pembahasan
a) Nilai konstanta susunan pegas
(Special Thanks for Mas Muhammad Ibnu
http://throughmyfence.blogspot.com atas koreksinya)
b) Besar pertambahan pertambahan panjang susunan pegas setelah digantungi massa M
Penjelasan Tambahan (Untuk Adek Isal):
satu buah pegas saja, namakan k123 misalnya. Untuk susunan paralel total konstantanya tinggal dijumlahkan saja Dek, sehingga k123 = 100 + 100 + 100 = 300 N/m
Pegas 4 dan pegas lima juga disusun paralel, penggantinya satu pegas saja, namakan k45,
k45 = 100 + 100 = 200 N/m
Terakhir kita tinggal punya 3 pegas, yaitu k123 = 300 N/m, k45 = 200 N/m dan k6 = 100 N/m yang disusun seri.
Trus,..cari ktotal dengan rumus untuk susunan seri (pake seper-seper gt) seperti jawaban di atas.
2b) Benda M dipengaruhi gaya gravitasi / beratnya (W) yang arahnya ke bawah. Kenapa tidak jatuh,..karena ditahan oleh pegas (ada gaya pegas Fp) yang arahnya ke atas. Benda dalam kondisi diam, sehingga gaya ke gaya berat besarnya harus sama dengan gaya pegas. Jadi Fp = W. Rumus Fp = kΔ x, sementara rumus W = mg.
11. Perhatikan gambar berikut! Pegas-pegas dalam susunan adalah identik dan masing-masing memiliki konstanta sebesar 200 N/m.
Gambar 3a
Gambar 3b
Tentukan :
a) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3a b) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3b
Pembahasan
a) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3a
sehingga ktot = 200 + 200 + 200 + 200 = 800 N/m
b) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3b
12. Sebuah benda bermassa M = 1,90 kg diikat dengan pegas yang
ditanam pada sebuah dinding seperti gambar dibawah! Benda M kemudian ditembak dengan peluru bermassa m = 0,10 kg.
Jika peluru tertahan di dalam balok dan balok bergerak ke kiri hingga
berhenti sejauh x = 25 cm, tentukan kecepatan peluru dan balok saat mulai bergerak jika nilai konstanta pegas adalah 200 N/m!
Pembahasan
Peluru berada di dalam balok, sehingga kecepatan keduanya sama besarnya, yaitu v.
Masuk datanya untuk mendapatkan kecepatan awal gerak balok (dan peluru di dalamnya) :
13. 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 )
Pembahasan
a) nilai konsanta pegas
14. Seorang anak yang massanya 50 kg bergantung pada ujung sebuah pegas sehingga pegas bertambah panjang 10 cm. Tetapan pegas
bernilai... A. 500 N/m B. 5 N C. 50 N/m D. 20 N/m E. 5000 N/m
Pembahasan kΔx = mg
k (0,1) = 50(10) k = 5000 N/m
15. Perhatikan hubungan antara gaya (F) terhadap pertambahan panjang (Δ X) berikut! Manakah yang memiliki konstanta elastisitas terbesar?
Pembahasan
k = F/Δx
(elastisitas - un fisika sma 2013)
16. Untuk merenggangkan pegas sebesar 5 cm diperlukan gaya 10 N. Tentukan pertambahan panjang pegas jika ditarik dengan gaya sebesar 25 N!
Pembahasan
Dari rumus gaya pegas diperoleh besar konstanta pegas, jangan lupa ubah cm ke m:
Selain cara di atas bisa juga dengan cara perbandingan, hasilnya sama.
17. Untuk meregangkan sebuah pegas sebesar 4 cm diperlukan usaha 0,16 J. Gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas tersebut sepanjang 2 cm diperlukan gaya sebesar...
E. 4,0 N
Usaha pegas tidak lain selisih energi potensial pegas, dalam hal ini bisa dianggap dari kondisi Δx = 0 m menjad Δx = 0,04 m
W = ΔEp
W = 1/2 k(Δx)2 0,16 = 1/2 k (0,04)2 k = 200 N/m
Kembali ke rumus gaya pegas dengan pertambahan panjang yang diminta sekarang adalah 2 cm
Δx = 2 cm = 0,02 m F = kΔx
F = 200(0,02) = 4 newton.
18. Sepotong kawat logam homogen dengan panjang 140 cm dan luas penampangnya 2 mm2 ketika ditarik dengan gaya sebesar 100 N
bertambah panjang 1 mm. Modulus elastik bahan kawat logam tersebut adalah....
(Modulus Elastisitas - UAN Fisika 2002)
E =....
Rumus modulus elastisitas atau modulus young
Dimana F = gaya, Lo = panjang mula-mula, A = luas penampang, ΔL = pertambahan panjang, dan E = modulus elastisitas, semuanya dalam satuan standar.
Masukan datanya
19. Susunan pegas berikut ini memiliki konstanta pengganti sebesar...
20. Sebuah pipa vertikal terpasang di dalamnya sebuah pegas dan sebuah penampang lingkaran dari karet berjari-jari 10 cm seperti terlihat pada gambar berikut.
Suatu zat cair dengan massa jenis 800 kg/m3 kemudian dimasukkan ke dalam pipa hingga setinggi 35 cm. Pegas tertekan ke bawah hingga
posisinya setinggi h. Jika konstanta pegas adalah 200 N/m dan percepatan gravitasi 10 m/s2 tentukan nilai h!
Pembahasan
Soal ini menghubungkan topik gaya pegas dengan gaya berat dari cairan atau fluida. Ingat selain rumus berat w = mg, bisa juga w = ρ g V, dimana ρ adalah massa jenis benda dan V adalah volume benda. Jika benda
berbentuk tabung, volume benda bisa diganti dengan luas alas kali tinggi atau hA, sehingga w = ρ g hA.
Tentukan dulu perubahan panjang pegas akibat diisinya pipa dengan cairan:
Gaya dari pegas = Gaya dari zat cair
