bahan ajar elastisitas asliprint
TRANSCRIPT
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
1/22
1
Sumber : atikahsyafik.blogspot.comTujuan pembelajaran :
Setelah mempelajari kompetensi dasar ini, siswa diharapkan mampu:
Mampu menjelaskan pengaruh gaya pada sifat elastisitas bahan
Kata kunci:
Elastisitas
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
2/22
2
Tegangan
Regangan
Modulus elastisitas / Modulus Young
Hukum Hooke
Tetapan Gaya pegas
1. Pengertian elastisitas
Sumber : fisikarudy.wordpress.com
Elastisitas adalah kemampuan benda untuk kembali ke bentuk semula
setelah gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan.
Beberapa contoh benda yang elastis adalah karet, pegas, pengikat
rambut dimana benda-benda tersebut apabila diberi gaya atau ditarik
sehingga berubah bentuk dan ketika gaya dihilangkan atau tarikannnya
dilepaskan maka benda tersebut akan kembali ke bentuk semula.
Benda yang tidak dapat kembali kebentuk semula setelah gaya luar
dihilangkan disebut benda tak elastis atau benda plastis. Contohnya
adalah lilin, tanah liat, adonan kue dan lain-lain. Dimina jika adonan
http://fisikarudy.wordpress.com/2012/10/03/elastisitas-dan-pegas/http://fisikarudy.wordpress.com/2012/10/03/elastisitas-dan-pegas/ -
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
3/22
3
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 NL = 0,03 cm
L = 60 cm
Ditanyakan: = ...?
Jawab ;
( ) = F / A
= 3,2 N / 4 x 10-6 m2
= 0.8 x 106 N/ m2
Jadi tegangan kawat adalah 0.8 x 106 N/ m2
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
4/22
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 -1 m
l = 82 cm80 cm = 2 cm = 2 x 10-2 m
A = 4 cm2 = 4.102 m2
Ditanya : e = ..?
Jawab :
e = l / l
e = 2 x 10-2 m / 8 x 10 -1 m
e = 0,25 x 10-1
e = 2,5 x 10-2
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
5/22
5
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. Jika yang
yang bekerja pada suatu benda lebih kecil daripada bats elastisnya , maka pegas
akan kembali kebentuk awanya. Tapi ebaliknya apabila yang bekerja yang bekerja
pada pegas tersebut melampaui atau melebihi batas elastisnya, maka bendatersebut 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
tersebut sehingga benda tersebut akan putus.
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
6/22
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 / m2 atau Pa )
Tabel Modulus elastis berbagai zat
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
7/22
7
Contoh soalContoh 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 = 3 x 10-4 m
L = 60 cm = 6 x 10-1 m
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 10-4 m / 6 x 10-1 m = 0,2 x 10-3 =
jadi :
E = / e = 0.8 x 106 N/ m2 / 0,2 x 10-3
= 4 x 109N/m2
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
8/22
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 HookeA. Tujuan
Menyelidiki hubungan antara gaya dengan pertambahan panjang pegas.
B. Alat dan Bahan1. 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.
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
9/22
9
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 )
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
10/22
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:
Jadi tetapan / kontanta pegas dapat ditulis :
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
11/22
11
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.
TOKOHRobert Hooke
(16351703)
Robert Hooke dilahirkan dipulau Wight. Ia sudah menjadi yatimpada 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 kepadapara 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 duniasetelah melakukan ribuan kali ekesperimen dalam hidupnya.
(Dikutip seperlunya dari 100 Ilmuwan, John Hudson Tiner,
2005)
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
12/22
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= kx
k = F / x
k = mg / x
k= ( 4,5 kg ) ( 10 m/s2) / ( 0,09 m )k = 500 N/m
http://www.google.co.id/url?sa=i&source=images&cd=&docid=afIpci1a7A2A1M&tbnid=AxcmzWobAjxM_M:&ved=0CAcQjB0wAA&url=http%3A%2F%2Fbelajar.kemdiknas.go.id%2Findex5.php%3Fdisplay%3Dview%26mod%3Dscript%26cmd%3DBahan%2520Belajar%2FMateri%2520Pokok%2FSMA%2Fview%26id%3D364%26uniq%3D3165&ei=smeSUazpBYKRrQeIsoDwAQ&psig=AFQjCNEbr1Qia6kUSwpbQhEv8jSXtz-nfA&ust=1368635698181439http://www.google.co.id/url?sa=i&source=images&cd=&docid=afIpci1a7A2A1M&tbnid=AxcmzWobAjxM_M:&ved=0CAcQjB0wAA&url=http%3A%2F%2Fbelajar.kemdiknas.go.id%2Findex5.php%3Fdisplay%3Dview%26mod%3Dscript%26cmd%3DBahan%2520Belajar%2FMateri%2520Pokok%2FSMA%2Fview%26id%3D364%26uniq%3D3165&ei=smeSUazpBYKRrQeIsoDwAQ&psig=AFQjCNEbr1Qia6kUSwpbQhEv8jSXtz-nfA&ust=1368635698181439http://www.google.co.id/url?sa=i&source=images&cd=&docid=afIpci1a7A2A1M&tbnid=AxcmzWobAjxM_M:&ved=0CAcQjB0wAA&url=http%3A%2F%2Fbelajar.kemdiknas.go.id%2Findex5.php%3Fdisplay%3Dview%26mod%3Dscript%26cmd%3DBahan%2520Belajar%2FMateri%2520Pokok%2FSMA%2Fview%26id%3D364%26uniq%3D3165&ei=smeSUazpBYKRrQeIsoDwAQ&psig=AFQjCNEbr1Qia6kUSwpbQhEv8jSXtz-nfA&ust=1368635698181439http://www.google.co.id/url?sa=i&source=images&cd=&docid=afIpci1a7A2A1M&tbnid=AxcmzWobAjxM_M:&ved=0CAcQjB0wAA&url=http%3A%2F%2Fbelajar.kemdiknas.go.id%2Findex5.php%3Fdisplay%3Dview%26mod%3Dscript%26cmd%3DBahan%2520Belajar%2FMateri%2520Pokok%2FSMA%2Fview%26id%3D364%26uniq%3D3165&ei=smeSUazpBYKRrQeIsoDwAQ&psig=AFQjCNEbr1Qia6kUSwpbQhEv8jSXtz-nfA&ust=1368635698181439 -
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
13/22
13
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 kn = 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 :
Dengan kn = konstanta pegas ke n
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
14/22
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: k1 = k2 600 N/m.
Ditanya : a). kseri=.?
b). kparalel =?
Jawab :
http://sepenggal.wordpress.com/2010/11/03/elastisitas-bagian-1/http://sepenggal.wordpress.com/2010/11/03/elastisitas-bagian-1/http://sepenggal.wordpress.com/2010/11/03/elastisitas-bagian-1/http://sepenggal.wordpress.com/2010/11/03/elastisitas-bagian-1/ -
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
15/22
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
16/22
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.
Kelihatanc. Plastik
d. Elatis
e. Regangan
2. Tegangan dinyatakan dalam satuan:
a. N/m2
b . Nm2
c. N/m
d. Nm
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
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
17/22
17
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/md. 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
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
18/22
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
cm
2
dan 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
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
19/22
19
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 ; k1 = 20 N/m, k2 = 30 N/m, k3 =
60 N/m. jika ketigana dipasang seri, tetapan peegas pengantinya
sebesar..
a. 5
b. 10
c. 15
d. 20
e. 25
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
20/22
20
B. Kerjakan soal-soal berikut !
1. Jelaskan pengertian pegas sebagai benda elastic dan plastik !
2. Perhatikan gambar berikut ini!
Tentukan :
a) nilai konsanta pegasb) 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 dang= 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
ditarik gaya sebesar 37,5 N?
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
21/22
21
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 bendadengan luas penampangnya.
-
7/29/2019 Bahan Ajar ELASTISITAS Asliprint
22/22
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