Pernahkah Anda melihat timbangan gantung manual? Timbangan ini digunakan untuk menimbang beban di dalam karung. Saat beban dipasang pada pengait, pegas pada timbangan akan meregang. Jika beban dihilangkan, pegas pada timbangan akan kembali ke ukuran dan posisi semula. Dalam Fisika, mekanisme aksi melalui peregangan pegas semacam ini adalah penerapan elastisitas dan hukum Hooke. Lalu, apa itu elastisitas dan hubungannya dengan hukum Hooke? Yuk, lihat selengkapnya!
Definisi Elastisitas Padatan
Elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke ukuran dan bentuk aslinya setelah gaya eksternal dihilangkan. Bahan yang memiliki kemampuan ini disebut sebagai bahan elastis. Misalnya, saat Anda menarik karet, karet pasti akan meregang mengikuti tarikan Anda. Namun, jika Anda melepaskan tarikan tersebut, tentunya karet tersebut akan kembali ke ukuran dan bentuk semula bukan? Jenis elastisitas ini dipengaruhi oleh struktur atom material. Itu sebabnya, tidak semua bahan memiliki elastisitas. Pertanyaannya, apakah elastisitas bahan bisa bertahan selamanya? Jawabannya tentu saja tidak. Elastisitas ini bisa hilang jika gaya yang Anda berikan melebihi gaya ambang masing-masing bahan.
Rumus Elastisitas Padatan
Saat membahas elastisitas, Anda pasti sudah tidak asing lagi dengan istilah tegangan, regangan, dan modulus Young. Berapa selisih ketiga besaran tersebut?
menekankan
Stres atau ketegangan adalah besarnya gaya yang diberikan pada bahan di setiap satuan luas. Mungkin Anda telah mempelajarinya sebagai tekanan. Secara matematis, stres dirumuskan sebagai berikut.
Dengan:
σ = tegangan (N/m2);
F = gaya(N); Dan
A = luas penampang (m2).
Strain
Regangan atau regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang pegas dengan pegas awal. Saat musim semi panjang LHai Jika Anda menerapkan tegangan, pasti pegas akan meregang sejauh ∆L. Secara matematis, regangan diformulasikan sebagai berikut.
Dengan:
e = regangan atau regangan;
∆L = pertambahan panjang pegas (m); Dan
LHai = panjang pegas awal (m).
modulus Young
Modulus Young adalah besaran yang menunjukkan kekuatan suatu benda untuk kembali ke bentuk semula akibat pengaruh gaya luar. Modulus Young adalah perbandingan antara tegangan dan regangan. Secara matematis, diformulasikan sebagai berikut.
Dengan:
e = Modulus Young (N/m2);
σ = tegangan (N/m2);
F = gaya(N);
A = luas penampang (m2);
e = regangan atau regangan;
∆L = pertambahan panjang pegas (m); Dan
LHai = panjang pegas awal (m).
Contoh Masalah Elastisitas Padatan
Pak Juni memiliki kawat sepanjang 50 cm yang memiliki luas penampang 2×10-2 M2. Kawat ditarik dengan gaya 50 N. Akibat tarikan tersebut, panjang kawat menjadi 54 cm. Tentukan modulus elastisitas kawat!
Diskusi:
diminta: e =…?
Menjawab:
Pertama, tentukan pertambahan panjang kawat.
Selanjutnya, tentukan modulus Young dengan persamaan berikut.
Jadi, modulus Young kawat tersebut adalah 3,125 × 104 N/m2.
Perhatikan contoh soal berikutnya.
Seekor kucing bermassa 4 kg berada di atas sebuah ubin. Tiba-tiba, kucing itu terpeleset dan tergantung di tali sepanjang 2 m. Akibatnya, tali terentang 5 cm. Jika modulus Young dari dawai tersebut adalah 105 N/m2berapakah luas penampang tali tersebut?
Diskusi:
Dikenal:
diminta: A =…?
Menjawab:
Untuk mencari luas penampang tali, gunakan persamaan berikut.
Jadi, luas penampang tali adalah 1,6 × 10-2 M2.
hukum Hooke
Hal-hal yang akan Anda pelajari dari hukum Hooke adalah sebagai berikut.
Apa itu Hukum Hooke?
Hukum Hooke adalah hukum yang mengatur hubungan antara besarnya gaya yang dikenakan pada pegas dan peregangannya. Hukum ini ditemukan oleh seorang ilmuwan dari Inggris, yaitu Robert Hooke. Lalu, apa hubungan antara hukum Hooke dan elastisitas? Hukum Hooke hanya berlaku untuk benda yang memiliki kelenturan atau kemampuan elastis, misalnya pegas.
Eksperimen Hukum Hooke
Eksperimen hukum Hooke sederhana, jadi Anda bisa melakukannya sendiri, baik di rumah maupun di sekolah. Alatnya juga mudah didapat, yaitu pegas, pemberat yang Anda variasikan massanya, dan penggaris. Bagaimana caranya? Lihatlah gambar berikut.
Langkah-langkah percobaan adalah sebagai berikut.
- Pertama catat panjang pegas sebelum dimuat.
- Gantung beban di ujung pegas secara bergantian. Jika Anda memberikan 6 variasi beban, gantungkan 6 beban tersebut secara bergantian.
- Perhatikan peningkatan pegas untuk setiap variasi beban yang Anda terapkan.
- Buatlah kesimpulan sederhana dari percobaan tersebut.
Rumus Hukum Hooke
Sebelum masuk ke rumus hukum Hooke, Anda harus terlebih dahulu mengetahui bunyi hukum Hooke. Bunyi hukum Hooke adalah “Besarnya pertambahan panjang pegas sebanding dengan gaya yang diberikan”. Namun, pernyataan itu hanya berlaku di daerah elastis benda, ya. Artinya, selama benda atau pegas tersebut belum putus atau hampir putus. Secara matematis, persamaan hukum Hooke adalah sebagai berikut.
Dengan:
F = gaya(N);
k = konstanta pegas (N/m); Dan
∆X = perubahan panjang pegas (m).
Perubahan panjang pegas bisa berupa penambahan atau pengurangan ya. Pertambahan panjang pegas dihasilkan ketika pegas digantung kemudian diberi beban pada ujungnya. Sedangkan pengurangan panjang pegas terjadi pada saat pegas ditekan menjadi memendek.
Sedangkan energi yang dimiliki pegas ketika memanjang atau memendek disebut sebagai energi potensial pegas. Secara matematis, energi potensial pegas dirumuskan sebagai berikut.
Apa Peran Hukum Hooke dalam Kehidupan Sehari-hari?
Peran hukum Hooke dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.
- Penggunaan shockbreaker pada sepeda motor. Shockbreaker berfungsi untuk meredam setiap guncangan yang diterima motor.
- Penggunaan musim semi di kasur kasur pegasagar kasur tidak mudah kempes.
- Ketapel bisa ditarik maju mundur karena menggunakan bahan yang elastis seperti karet. Semakin lama tarikan karet, semakin besar energi potensial yang dihasilkan.
- Pompa ban sepeda manual bisa dinaik turunkan karena di dalamnya terdapat bantalan pegas.
Contoh Masalah Hukum Hooke
Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh soal berikut.
Sepeda Sarah memiliki empat di antaranya shockbreaker (penyerap guncangan). Dua shockbreaker berada di depan dan dua sisanya berada di belakang. Keempat shockbreaker mereka memiliki konstanta yang sama, yaitu 1.500 N/m. Jika Sarah, yang massanya 48 kg, sedang mengendarai sepeda, berapakah perubahan panjang setiap rodanya? shockbreakermiliknya?
Diskusi:
Dikenal:
M = 48 kg
k1 = k2 = k3 = k4 = 1500 N/m
Dicari: ∆X =…?
Menjawab:
Pertama, Anda harus menemukan konstanta shockbreaker secara keseluruhan.
Kemudian, tentukan pertambahan panjang dengan persamaan hukum Hooke.
Jadi, panjangnya berubah setiap shockbreakerini adalah 8 cm.
Kesimpulan Hukum Hooke
Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa hukum Hooke berlaku untuk pegas atau benda elastis yang diberi beban tertentu. Saat diberi beban, pegas akan mengalami perubahan panjang yang sebanding dengan beban yang diberikan.
Sampai saat ini, Quipperian sudah memahami hukum Hooke tentang pegas, bukan?
Semoga artikel ini bermanfaat, ya. Untuk mendapatkan materi lengkapnya, buruan gabung dengan Quipper Video. Salam Quippers!
