Percobaan Elastisitas Pegas

[Penny Bozic]

Pernahkahkamu melihat timbangan gantung manual? Timbangan ini biasa digunakan untuk menimbang beban yang berada di dalam karung. Saat beban digantungkan ke pengait, pegas pada timbangan akan meregang. Jika beban dihilangkan, pegas pada timbangan akan kembali ke ukuran dan posisi semula. Di dalam Fisika, mekanisme kerja melalui peregangan pegas semacam ini merupakan penerapan elastisitas dan hukum Hooke. Lalu, apa itu elastisitas dan hubungannya dengan hukum Hooke? Yuk, simak selengkapnya!

Elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke ukuran dan bentuk semula setelah gaya dari luar dihilangkan. Bahan-bahan yang memiliki kemampuan seperti itu disebut sebagai bahan elastis. Misalnya, saat kamu menarik karet pasti karet akan melar mengikuti tarikanmu. Namun, jika tarikan itu kamu lepaskan, pasti si karet akan kembali ke ukuran dan bentuk semula, kan? Elastisitas semacam ini dipengaruhi oleh struktur atom penyusun bahannya. Itulah mengapa, tidak semua bahan memiliki elastisitas. Pertanyaannya, apakah elastisitas pada bahan bisa bertahan selamanya? Jawabannya, tentu tidak. Elastisitas tersebut bisa hilang jika gaya yang kamu berikan melebihi gaya ambang batas setiap bahan.

Modulus Young adalah besaran yang menunjukkan kekuatan suatu benda untuk kembali ke bentuk semula akibat pengaruh gaya dari luar. Modulus Young merupakan perbandingan antara stress dan strain. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Pak Juni memiliki kawat sepanjang 50 cm yang luas penampangnya 2 10-2 m2. Kawat tersebut ditarik dengan gaya 50 N. Akibat tarikan itu, panjang kawatnya menjadi 54 cm. Tentukan modulus elastisitas kawat tersebut!

Seekor kucing yang massanya 4 kg berada di atas genteng. Tiba-tiba, kucing tersebut tergelincir hingga tergantung di sebuah tali senar sepanjang 2 m. Akibatnya, tali senar melar sepanjang 5 cm. Jika modulus Young tali tersebut 105 N/m2, berapakah luas penampang talinya?

Hukum Hooke adalah hukum yang mengatur hubungan antara besarnya gaya yang dibebankan pada pegas beserta peregangannya. Hukum ini ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, yaitu Robert Hooke. Lalu, apa hubungan hukum Hooke dengan elastisitas? Hukum Hooke hanya berlaku pada benda-benda yang memiliki elastisitas atau kemampuan elastis, contohnya pegas.

Percobaan hukum Hooke itu sederhana, sehingga kamu bisa melakukan sendiri, baik di rumah maupun di sekolah. Alat-alatnyapun juga mudah untuk diperoleh, yaitu pegas, beban yang kamu variasikan massanya, dan penggaris. Bagaimana caranya? Perhatikan gambar berikut.

Perubahan panjang pegas bisa berupa pertambahan atau pengurangan, ya. Pertambahan panjang pegas dihasilkan saat pegas digantung lalu diberi beban di ujungnya. Sementara pengurangan panjang pegas terjadi saat pegas ditekan hingga memendek.

Sepeda Sarah memiliki empat buah shockbreaker (peredam kejut). Dua shockbreaker berada di bagian depan dan dua sisanya berada di bagian belakang. Keempat shockbreaker tersebut memiliki konstanta yang sama, yaitu 1.500 N/m. Jika sepeda tersebut dinaiki Sarah yang massanya 48 kg, berapakah perubahan panjang setiap shockbreakernya?

Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa hukum Hooke berlaku pada pegas atau benda elastis yang diberi beban tertentu. Saat diberi beban, pegas akan mengalami perubahan panjang yang besarnya sebanding dengan beban yang diberikan.

Dalam fisika, modulus elastisitas disimbolkan dengan E. Modulus elastisitas menggambarkan suatu perbandingan antara tegangan dengan regangan yang dialami bahan. Dengan kata lain, modulus elastis sebanding dengan tegangan dan berbanding terbalik regangan.

Pegas ada yang disusun secara tunggal, ada juga yang disusun seri atau paralel. Untuk pegas yang disusun seri, pertambahan panjang total sama dengan jumlah masing-masing pertambahan panjang pegas . Sehingga pertambahan total x adalah: x = x1 + x2.

Sedangkan untuk pegas yang disusun paralel, pertambahan panjang masing-masing pegas sama. Yaitu: x1 = x2 = x3. dengan demikian: Kp = k1 + k2

Perlu selalu di ingat bahwa hukum Hook hanya berlaku untuk daerah elastik, tidak berlaku untuk daerah plastik maupun benda-benda plastik. Menurut Hooke, regangan sebanding dengan tegangannya, dimana yang dimaksud dengan regangan adalah persentase perubahan dimensi. Tegangan adalah gaya yang menegangkan per satuan luas penampang yang dikenainya. Sebelum diregangkan dengan gaya F, energi potensial sebuah pegas adalah nol, setelah diregangkan energi potensialnya berubah menjadi: E = kx2

Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku sepanjang daerah elastis sampai pada titik yang menunjukkan batas hukum Hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas hukum Hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula. Jika gaya yang diberikan tidak melewati batas elastisitas. Tapi hukum Hooke tidak berlaku pada daerah antara batas hukum Hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali seperti semula, benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah.

Berdasarkan persamaan hukum Hooke di atas, pertambahan panjang (L) suatu benda bergantung pada besarnya gaya yang diberikan (F) dan materi penyusun dan dimensi benda (dinyatakan dalam konstanta k). Benda yang dibentuk oleh materi yang berbeda akan memiliki pertambahan panjang yang berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, misalnya tulang dan besi.

Demikian juga, walaupun sebuah benda terbuat dari materi yang sama (misalnya besi), tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda maka benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda sekalipun diberikan gaya yang sama. Jika kita membandingkan batang yang terbuat dari materi yang sama tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda, ketika diberikan gaya yang sama, besar pertambahan panjang sebanding dengan panjang benda mula-mula dan berbanding terbalik dengan luas penampang. Makin panjang suatu benda, makin besar pertambahan panjangnya, sebaliknya semakin tebal benda, semakin kecil pertambahan panjangnya.

Nah pada gambar tersebut, dapat kita lihat adanya gambar pegas berbentuk parallel, ada kolom di samping pegas, adanya 3 kolom di bawah yaitu, kolom Pegas Atas, Pegas Bawah, dan Gaya yang dikenakan. Pada kolom tersebut kalian dapat mengatur besar gaya yang dikenakan, konstanta pegas atas, serta konstanta pegas bawah.

Seperti halnya pegas yang disusun paralel, cara kerja untuk pegas yang disusun seri hampir sama dengan pegas yang disusun paralel yang membedakannya hanyalah terletak pada menu yang dipilih di menu sistem. Berikut langkah kerja pegas yang disusun seri, ikutilah langkah 1 hingga 3 pada cara kerja pegas yang disusun parallel:

Nah pada gambar tersebut, dapat kita lihat adanya gambar pegas berbentuk seri, ada kolom di samping pegas, adanya 3 kolom di bawah yaitu, kolom Pegas Kiri, Pegas Kanan, dan Gaya yang dikenakan. Pada kolom tersebut kalian dapat mengatur besar gaya yang dikenakan, konstanta pegas kiri, serta konstanta pegas kanan.

3a8082e126