ELASTISITAS

1. Benda Plastis dan Benda Elastis

A. Contoh masing-masing 

Benda plastis : plastik, kertas, pensil, meja, dan kursi.

Benda elastis : pegas, plastisin, karet, tanah liat, dan adinan kue.

B. Perbedaan benda plastis dan benda elastis

Benda Elastis adalah benda yang saat diberikan gaya akan mengalami perubahan bentuk dan saat gayanya dihilangkan benda akan kembali ke bentuk awal. Benda Plastis (nonelastis) adalah benda yang saat diberikan gaya akan mengalami perubahan bentuk dan saat gayanya dihilangkan benda tidak dapat kembali ke bentuk awalnya.

C. Pengertian batas elastisitas

Apabila gaya  F  diperbesar terus sampai
melewati titik B, pegas bertambah panjang dan
tidak kembali ke bentuk semula setelah gaya
dihilangkan. Ini  disebut  batas elastisitas atau
kelentingan pegas. Jika gaya terus diperbesar lagi
hingga di titik C, maka pegas akan putus. Jadi,
benda elastis mempunyai batas elastisitas. Jika
gaya yang diberikan melebihi batas elastisitasnya,
maka pegas tidak mampu lagi menahan gaya
sehingga akan putus.

2. Stress, Strain, Modulus Young

A. Stress

Tegangan atau stress adalah besarnya gaya yang
bekerja tiap satu satuan luas penampang.

dengan:
σ = tegangan (Pa)
F = gaya (N)
A = luas penampang (m2

 Contoh soal :

1. 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. Tentukan stress?

2. Tali nilon berdiameter 2 mm ditarik dengan gaya 100 Newton. Tentukan tegangan tali!

 B. Strain

Regangan(strain) adalah perbandingan antara pertambahan panjang batang dengan panjang mula-mula.

 

dengan:
e= regangan
'L = pertambahan panjang (m)
L = panjang mula-mula (m)

Contoh soal :

1. Seutas tali mempunyai panjang mula-mula 100 cm ditarik hingga tali tersebut mengalami pertambahan panjang 2 mm. Tentukan regangan tali!

2. Sebuah kawat  dengan  diameter 4 mm  dan panjang 80 cm  digantungkan dan diberi beban 3 kg. Jika pertambahan panjang kawat adalah 5 mm, tentukan renggangan kawat!

C. Modulus Young

Modulus elastisitas adalah besaran yang menggambarkan tingkat elastisitas bahan. Modulus elastisitas disebut juga modulus Young yang didefinisikan sebagai perbandingan stress dengan strain.

 dengan:
σ = tegangan (Pa)
e= regangan  dan E =modulus Young (N/m2)

Contoh soal :

1. Suatu tali berdiameter 4 mm dan mempunyai panjang awal 2 meter ditarik dengan gaya 200 Newton hingga panjang tali berubah menjadi 2,02 meter. Hitunlah modulus youngnya?

2. 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?

3. Hukum Hooke

Hubungan antara gaya  F yang meregangkan pegas dengan pertambahan panjang pegas  x pada  daerah elastisitas pertama kali  dikemukakan oleh Robert Hooke (1635 - 1703), yang kemudian dikenal  dengan Hukum Hooke.  Pada eksperimennya, Hooke menemukan  adanya hubungan antara gaya dengan pertambahan panjang pegas yang dikenai gaya. Besarnya gaya sebanding dengan pertambahan panjang pegas. Konstanta perbandingannya dinamakan konstanta pegas dan disimbulkan k. 

Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam bidang ilmu fisika yang terjadi karena sifat elastisitas dari sebuah pir atau pegas. Besarnya gaya Hooke ini secara proporsional akan berbanding lurus dengan jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya, atau lewat rumus matematis dapat digambarkan sebagai berikut:

....................................................   (3.5)

di mana

F adalah gaya (N)

k adalah konstante pegas (dalam N per m)

x adalah jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya (dalam unit meter).

Pada saat  ditarik, pegas mengadakan gaya yang besarnya sama  dengan gaya tarikan tetapi arahnya berlawanan (Faksi = -Freaksi). Jika gaya ini disebut gaya pegas FP maka gaya ini pun sebanding  dengan pertambahan panjang pegas.Fp =-F

Fp =-k.x ..................................................................  (3.6)
dengan:
Fp = gaya pegas (N)
Berdasarkan persamaan (3.5)  dan (3.6), Hukum Hooke  dapat  dinyatakan:
Pada daerah elastisitas benda, besarnya pertambahan panjang sebanding dengan gaya yang bekerja pada benda. Sifat pegas seperti ini banyak  digunakan  dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada neraca pegas  dan pada kendaraan bermotor (pegas sebagai peredam kejut). Dua buah pegas atau lebih yang dirangkaikan dapat diganti dengan sebuah pegas pengganti

Contoh soal :

1. Sebuah pegas yang panjangnya 15 cm digantungkan  vertikal. Jika diberikan gaya
0,5 N, panjang pegas menjadi 25 cm. Berapakah panjang pegas jika diregangkan
oleh gaya 0,6 N?

2. Sebuah pegas yang panjangnya 30 cm
tergantung bebas. Ketika pegas tersebut diberi beban 30 N, ternyata panjangnya
menjadi 30,5 cm. Tentukan tetapan pegas tersebut!

3.  Sebuah pegas yang panjangnya 20 cm
tergantung bebas. ketetapan pegas tersebut 2000 N/m, ternyata panjangnya menjadi 40,5 cm. Tentukan gaya
pegas tersebut!

 4. Energi potensial pegas

Menurut hukum Hooke, untuk meregangkan pegas sepanjang  diperlukan gaya sebesar . Ketika teregang, pegas memiliki energi potensial, jika gaya tarik  dilepas, pegas akan melakukan usaha sebesar 

Gambar 6. Grafik hubungan antara gaya  yang diberikan pada pegas dan pertambahan panjang pegas .

Gambar 3. menunjukkan grafik hubungan antara besar gaya yang diberikan pada pegas dan pertambahan panjang pegas. Energi potensial pegas dapat diperoleh dengan menghitung luas daerah di bawah kurva. Jadi,

Contoh soal :

1. Untuk meregangkan sebuah pegas sejauh 10 cm diperlukan gaya sebesar 50 N. Energi potensial elastis yang dibutuhkan untuk meregangkan pegas sejauh 12 cm adalah…