Fisika SMA Kelas XI
38
A. Elastisitas
Gambar 3.1
Bahan yang elastis akan ber- tambah panjang saat diberi
gaya. a
b
1. Sifat-sifat Elastis Bahan
Apa yang terjadi jika sebuah kawat atau batang logam ditarik oleh gaya? Jawabannya dapat kalian lihat
pada Gambar 3.1a. Batang yang panjang mula-mula l
menjadi l saat ditarik gaya F, berarti terjadi pertam- bahan panjang
Δl. Sifat seperti ini dinamakan elastis. Jika pemberian gaya tidak melebihi sifat elastisnya maka
penambahan panjang itu akan kembali lagi seperti pada Gambar 3.1b.
Ada tiga besaran yang perlu diperhatikan pada sifat ini yaitu seperti penjelasan berikut.
a. Regangan atau strain
Regangan adalah perbandingan antara pertamba- han panjang batang dengan panjang mula-mula.
e = ................................... 3.1
b. Tegangan atau stress
Tegangan atau stress adalah besarnya gaya yang bekerja tiap satu satuan luas penampang.
σ = ................................... 3.2
c. Modulus elastisitas
Modulus elastisitas adalah besaran yang meng- gambarkan tingkat elastisitas bahan. Modulus elastisitas
disebut juga modulus Young yang didefinisikan sebagai perbandingan stress dengan strain.
E = ................................... 3.3
Kegiatan 3.1
Elastisitas
Tujuan : Mempelajari sifat elastis bahan.
Alat dan bahan : Kawat besi, kawat aluminium dan
tali plastik, benang, beban, peng- garis, mikrometer dan neraca.
Kegiatan :
1. Potonglah kawat atau tali dengan panjang yang sama misalnya 1 m kemudian ukurlah diameter
penampang kawat dengan mikrometer. 2. Susunlah alat seperti gambar sehingga tali dapat
tertarik dan mengalami pemanjangan. Gunakan tali pertama dari kawat besi.
l
Δl
F l
x x
Δx
w
Elastisitas
39
CONTOH 3.1
Kawat logam panjangnya 80 cm dan luas penampang 4 cm
2
. Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 50 N. Ternyata panjangnya
menjadi 82 cm. Tentukan: a. regangan
kawat, b. tegangan pada kawat,
c. modulus elastisitas kawat
Penyelesaian
l = 80 cm
l = 82 cm
l = 82 80 = 2 cm
A = 4 cm
2
= 4.10
-4
m
2
3. Ukurlah panjang tali sebelum beban dilepas.
l
o = AB + BC dan ukur pula panjang tali setelah beban m dilepas
l l
juga diukur sama dengan AB + BC, hanya saja setelah beban lepas. Kemudian ukur pertambahan
panjangnya
l.
4. Hitunglah massa beban dan hitung gaya tegangan tali F = mg.
5. Ulangi langkah 2 s.d. 4 dengan mengubah kawat, berturut-turut, kawat aluminium, tali plastik
karet dan benang.
Tugas
1 Catat semua data pada tabel. 2 Hitunglah modulus elastisitas E.
E =
3 Tentukan bahan yang paling elastis. Jelaskan mengapa kalian menemukan jawaban itu?
Fisika SMA Kelas XI
40
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.
Gambar 3.2
Pegas yang ditarik gaya F
F = 50 N a. Regangan:
e = =
= 2,5.10
-2
b. Tegangan sebesar:
σ = =
= 1,25.10
5
Nm
2
c. Modulus elastisitas sebesar: E
= =
= 5.10
6
Nm
2
Batang logam memiliki modulus elastisitas 2.10
6
Nm
2
, luas penampang 2 cm
2
dan panjang 1 m. Jika diberi gaya 100 N maka tentukan:
a. tegangan batang,
b. regangan batang,
c. pertambahan panjang
2. Hukum Hooke
Pada Gambar 3.1 kalian telah belajar tentang elastisitas bahan termasuk pada pegas. Sifat elastisitas
pegas ini juga dipelajari oleh Robert Hooke 1635- 1703. Pada eksperimennya, Hooke menemukan
adanya hubungan antara gaya dengan pertambahan panjang pegas yang dikenai gaya. Besarnya gaya
sebanding dengan pertambahan panjang pegas. Kon- stanta perbandingannya dinamakan konstanta pegas
dan disimbulkan k. Dari hubungan ini dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut.
F ~ Δx
atau F = k Δx ............................. 3.4
dengan : F = gaya N
Δx = pertambahan panjang pegas m k = konstanta pegas Nm
Penting
Nilai regangan e memenuhi persamaan 3.1 semakin besar
nilai e suatu bahan maka bahan itu semakin mudah meregang.
Contoh pegas lebih mudah meregang dari pada kawat
besi. Setiap bahan yang mudah meregang dapat dimanfaatkan
untuk bahan pelentur.
x Δx
x
F
Elastisitas
41
Persamaan 3.4 itulah yang kemudian dikenal sebagai hukum Hooke. Bagaimanakah penggunaan
hukum Hooke tersebut ? Untuk lebih memahami hukum Hooke tersebut dapat kalian cermati contoh
di bawah dan susunan pegas pada halaman berikut-
Kegiatan 3.2
Hukum Hooke
Tujuan
: Mempelajari
pengaruh gaya
ter- hadap perpanjangan pegas.
Alat dan bahan
: Pegas, penggaris, beban, statif.
Kegiatan
: 1. Gantungkan salah satu ujung pegas pada stati f
seperti pada Gambar 3.2. Kemudian ukur panjang pegas mula-mula x
. 2. Gantungkan beban m = 150 gr pada ujung bawah
pegas hingga pegas memanjang. Beban akan mem- berikan gaya pada pegas sebesar F = mg. Untuk g
= 9,8 ms
2
. 3. Ukurlah panjang pegas setelah diberi beban x.
Kemudian hitung pertambahan panjang pegas itu, x = x - x
4. Ulangi kegiatan 2 dan 3 dengan mengubah beban m. Misalnya menjadi 200 gr, 250 gr, 300 gr
dan seterusnya.
Tugas
1. Catat semua data pada tabel. 2. Buatlah gra k hubungan F dengan x.
3. Buatlah simpulan dari kegiatan ini.
Fisika SMA Kelas XI
42
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.
CONTOH 3.2
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?
Penyelesaian x
= 20 cm F
1
= 12,5 N → x
1
= 22 cm Δx
1
= 22 − 20 = 2 cm
F
2
= 37,5 N → Δx
2
= ? x
2
= ? Dari keadaan pertama dapat dihitung konstanta
pegas sebagai berikut. F
1
= k Δx
1
12,5 = k . 2.10
-2
Berarti panjang pegas saat diberi gaya F
2
dapat diperoleh:
F
2
= k Δx
2
37,5 = 625 . Δx
2
= 0,06 m = 6 cm Jadi panjangnya menjadi:
x
2
= x +
Δx
2
= 20 + 6 = 26 cm k =
= 625 Nm
Δx
2
=
Aktiflah
Coba kalian cari kursi yang tempat duduknya dari kayu,
karet dan spon. Coba kalian duduk di kursi tersebut dan
bandingkan.
Apakah perbedaan yang kalian rasakan saat duduk?
Jelaskan, mengapa demikian?
Dua pegas A dan B panjangnya sama 25 cm. Pada saat pegas A ditarik gaya 13,5 N panjang-
nya menjadi 28 cm. Sedangkan pegas B yang ditarik gaya 13,5 N ternyata panjangnya menjadi
30 cm. Tentukan perbandingan konstanta pegas A dan pegas B
Elastisitas
43
Gambar 3.4
a Pegas seri dan b pegas paralel.
Gambar 3.3
Suspensi sepeda motor dipasang paralel
3. Susunan Pegas
Pernahkah kalian melihat dalamnya tempat tidur atau springbed? Springbed ada yang tersusun
dari pegas-pegas yang disusun dengan posisi sama. Contoh lagi adalah suspensi sepeda motor, perhatikan
gambar 3.3. Bagaimana susunannya? Susunan terse- but dinamakan susunan paralel. Susunan pegas yang
lain dinamakan seri. Cermati penjelasan berikut.
a. Susunan seri