Materi Fisika Elastisitas Benda Kelas X

Pendahuluan

Karet, pegas, pelat logam merupakan contoh benda elastis(lentur), karena memiliki sifat elastisitas, yaitu sifat suatu benda yang jika diberi gaya luar akan mengalami perubahan bentuk dan bila gaya luar yang bekerja dihilangkan, maka benda kembali kebentuk semula.

Benda elastis juga dapat bersifat plastis(tidak dapat kembali kebentuk semula). Ini berarti batas elastisitas benda sudah terlampaui, yang disebabkan gaya yang bekerja diperbesar terus. Mengakibatkan karet atau pegas patah.

Hukum Hooke

Pengertian Hukum Hooke

Hukum Hooke menyatakan hubungan antara gaya yang meregangkan suatu zat elastis dan pertambahan panjang zat elastis. "Pada daerah elastisitas benda, gaya yang bekerja pada benda sebanding dengan pertambahan panjang benda".disebut Hukum Hooke.

Elastisitas adalah : Kecenderungan pada suatu benda untuk berubah dalam bentuk baik panjang, lebar maupun tingginya, tetapi massanya tetap, hal itu disebabkan oleh gaya-gaya yang menekan atau menariknya, pada saat gaya ditiadakan bentuk benda kembali seperti semula. 

 

Tanda (-) menunjukkan bahwa arah gaya (F) berlawanan dengan arah simpangan (y). Grafik hubungan antara gaya (F) dengan pertambahan panjang (y) pegas. 

Contoh Konsep Hukum Hooke :

Sebuah pegas panjangnya mula-mula 20 cm. Oleh karena pegas ditarik dengan gaya 20 N, panjang pegas menjadi 25 cm. Tentukan konstanta pegas !

 

Pembahasan :

Diketahui : F       =    20 N  

                xo     =    20 cm = 0,2 m  

                x       =    25 cm = 0,25 m  

                 x   =    0,25-0,2 = 0,05 m 

Ditanyakan : K?

Jawab :

F = k. y (dalam perhitungan tanda (-) tidak dipakai)

k =

k = = 400 Nm^-1

Tegangan (Stress) dan Regangan (Strain) 

1.   Tegangan Sress)

Tegangan adalah “ Perbandingan antara gaya tarik yang bekerja terhadap luas penampang benda” . Tegangan dinotasikan dengan (sigma), satunnya Nm^-2.

1.  Bentuk awal benda sebelum diberi gaya

 

2.  Bentuk benda tertegang setelah diberi gaya pada bidang A

Secara matematika konsep Tegangan (Stress) dituliskan : 

 

Contoh penggunaan konsep Tegangan (Stress):
Sebuah kawat yang panjangnya 2m dan luas penampang 5mm² ditarik gaya 10N. Tentukan besar

tegangan yang terjadi pada kawat.

Pembahasan:

Diketahui :
A = 5mm² = 5.10^-4 m²

F = 10N

Ditanyakan : ?

Jawab :

  =

  =

  = 2.10⁴Nm^-2

2.   Regangan (Strain)

Regangan adalah “Perbandingan antara pertambahan panjang L terhadap panjang mula-mula(L_o)”
Regangan dinotasikan dengan e dan tidak mempunyai satuan.

1.    Keadaan awal benda yang panjangnya Lo diberi gaya (F) pada bidang A

 

2.    Keadaan benda bertambah panjang sejauh

Secara matematika konsep Regangan (Strain) dituliskan

 

Contoh penggunaan konsep Regangan (Strain):
Sebuah kawat panjangnya 100 cm ditarik dengan gaya 12N, sehingga panjang kawat menjadi 112 cm. Tentukan regangan yang dihasilkan kawat.

Pembahasan :
Diketahui :

L_o    =  100 cm

L     = 112 cm 

L   = 112 cm - 100 cm = 12cm

Ditanyakan : e

Jawab :

e =

e =

e = 0,12

Modulus Elastisitas

Modulus Elastisitas adalah “ Perbandingan antara tegangan dan regangan dari suatu benda “ . Modulus elastisitas dilambangkan dengan E dan satuannya Nm^-2. Modulus elastisitas disebut juga Modulus Young.
Secara Matematis konsep Modulus Elastisitas :

Tabel : Modulus Elastisitas berbagai zat

 

Contoh konsep Modulus Elastisitas :

Seutas kawat luas penampangnya 4mm² ditarik oleh gaya 3,2N sehingga kawat tersebut mengalami pertambahan panjang sebesar 0,04cm. Jika panjang kawat pada mulanya 80 cm, tentukan Modulus Young kawat tersebut.
Pembahasan :
Diketahui : L_o  = 80cm=0,8m

A   = 4 mm² = 4x10^-6m²

F   = 3,2 N

L = 0,04cm = 4.10^-4m

Ditanyakan : E

Jawab :

E =

   = = 1,6.10⁹Nm^-2

Elastisitas Pada Pegas 

Berdasarkan konsep Hukum Hooke , jika pada pegas digantungkan beban, pegas mengadakan gaya yang besarnya sama dengan gaya berat benda, tetapi arahnya berlawanan W = -F. Besarnya gaya F sebanding dengan pertambahan panjang pegas x.

Pada daerah elastisitas benda, gaya yang bekerja (F) pada benda sebanding dengan pertambahan panjang benda (x).

 

Sehingga secara matematis, dituliskan :

 
Energi Potensial Pegas

Sebuah pegas yang ditarik dengan gaya F,menyebabkan pegas meregang(bertambah panjang). Besarnya energi yang dibutuhkan untuk meregangkan pegas sama dengan energi yang tersimpan pada pegas, yaitu Energi Potensial Pegas

Hubungan antar pertambahan panjang pegas (x) terhadap besarnya gaya (F) dilukiskan dalam grafik:

 

Besar Energi Potensial Pegas (Ep ) sama dengan Luasan segitiga yang diarsir.

 

Contoh Konsep Energi Potensial Pegas:

Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 200Nm^-1. Pegas diregangkan sehingga bertambah panjang 10 cm. Tentukanlah energi potensial elastis pegas.

Pembahasan :

Diketahui :

     k    =  200Nm^-1

     x  =  10cm=0,1m

Ditanyakan : Ep

Jawab :

Ep    = kx²

       =   200. (0,1)²

       =  1 Joule

Susunan Pegas 

Beberapa buah pegas dapat disusun secara susunan pegas seri dan susunan pegas peralel.

a.         Susunan Pegas Seri

Dua pegas atau lebih dirangkai seri:

Besar Konstanta pegas pengganti, pada rangkaian seri :

 

Contoh penerapan konsep susunan seri pegas.

Dua buah pegas disusun seri seperti pada gambar, jika masing-masing pegas mempunyai konstanta sebesar 400Nm^-1, dan massa beban 5kg.

Tentukan besar pertambahan panjangnya.

Pembahasan :

Diketahui : 

k₁ = k₂ = 400Nm^-1

W = m.g = 5kg.10ms^-2 = 50N

Ditanyakan :x

Jawab :

  = +

 k_s    = 200 Nm^-1

       = k.x

 x  =  =

       = 0,25m

b.     Susunan Pegas Paralel

Dua pegas atau lebih disusun paralel :

Besar Konstanta pegas pengganti, pada rangkaian paralel :

k_p = k₁ + k₂ + ....

k  = konstanta pegas pengganti dalam N/m

k₁= konstanta pegas 1 dalam N/m

k₂= konstanta pegas 2 dalam N/m

Contoh penerapan konsep susunan seri pegas.

Dua buah pegas disusun paralel seperti pada gambar, jika masing-masing pegas mempunyai konstanta sebesar 100Nm^-1dan 200 Nm^-1, digantungkan beban sehingga bertambah panjang 5cm. Tentukan gaya beban tersebut.
Pembahasan :

 

Diketahui :

k₁   = 100Nm^-1

k₂   = 200Nm^-1

 x = 5.10^-2m

Ditanyakan : m

Jawab :

k_p   =  k₁ + k₂

      = 100Nm^-1 + 200Nm^-1 = 300Nm^-1

F    =  k.x = 300Nm^-1.5.10^-2m

F    =  15N

Sekian Informasi ini semoga dapat bermanfaat bagi sahabat sekalian. Sumber Klikdisini