Ketika pegas ditarik oleh gaya yang semakin besar Apa yang terjadi pada perubahan panjang yang dialami pegas?

Elastisitas zat padat merupakan kemampuan suatu benda padat untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya yang diberikan kepada benda tersebut dihilangkan atau dibebasakan.

Dibandingkan dengan zat cair, zat padat lebih keras dan lebih berat. Kenapa Zat pada lebih keras? Molekul-molekul zat padat tersusun rapat sehingga ikatan di antara mereka relatif kuat. Inilah sebabnya mengapa zat padat relatif sulit dihancurkan.

Sebagai contoh, untuk membelah kayu diperlukan alat lain dan gaya yang besar. Setiap usaha memisahkan molekul-molekul zat padat, seperti tarikan atau tekanan, akan selalu dilawan oleh gaya tarik menarik antar molekul zat padat itu sendiri.

Sebuah pegas yang kita gantungkan dengan sebuah beban pada salah satu ujungnya, akan kembali ke panjangnya semula jika beban tersebut diambil kembali. Sifat sebuah benda yang dapat kembali ke bentuk semula seperti itu disebut elastisitas.

Baca Juga

Benda-benda yang memiliki elastisitas misalnya karet, baja, dan kayu, di sebut benda elastis. Sebaliknya, benda-benda yang tidak memiliki sifat elastis, misalnya pelastisin, lumpur dan tanah liat disebut benda plastik.

Bagaimana dengan bahan-bahan yang sehari-hari kita sebut “plastik”? Apakah benda-benda itu benar-benar termasuk benda plastik?

Ketika dibuat, benda-benda tersebut adalah benda plastik yang merupakan bahan-bahan sintetis. Kemudian, benda-benda tersebut di panaskan atau diolah secara kimiawi agar menjadi kuat, dan akhirnya tidak menjadi benda plastik lagi.

Bagaimana pula dengan kaca? Ternyata, kaca termasuk benda elastis. Fiber optik (serat optik) yang terbuat dari kaca dengan mudah dapat kita lengkungkan, sama seperti tali. Namun, jika gaya yang diberikan terlalu besar, kaca tidak hanya berubah seperti benda plastik tetapi juga akan pecah.

Banyak bahan-bahan yang kita gunakan sehari-hari yang bersifat elastis, tetapi hanya sementara. Ketika gaya yang diberikan pada bahan-bahan tersebut tidak akan kembali ke bentuk semula. Keadaan ini dikatakan sebagai batas elastisitas bahan telah terlampaui.

Baja merupakan bahan elastik, jika gaya yang berkerja padanya terlalu besar, baja yang sudah berubah bentuk tidak akan bisa kembali lagi kebentuknya semula dengan sendirinya.

Baca Juga

Benda-benda yang disebutkan di atas disebut benda tak elastis atau benda plastis, yaitu semua benda padat agak elastis walaupun tampaknya tidak elastis.

Pemberian gaya tekan atau pemampatan dan gaya tarik dapat mengubah bentuk suatu benda tegar. Jika suatu benda tegar diubah bentuknya atau dideformasi, maka benda tersebut akan segera kembali ke bentuk semula. Benda tegar yang telah melampaui batas elastisitasnya, tidak akan kembali ke bentuk awal melainkan berubah bentuk secara permanen.

Besaran Elastisitas

Terdapat besaran-besaran yang berkaitan dengan elastisitas zat padat, yakni tegangan (stess), regangan (strain) dan modulus elastisitas.

1. Tegangan

Tegangan yaitu besarnya gaya yang bekerja pada suatu permukaan benda persatuan luas.Rumus egangan elastisitas yaitu:

Satuan SI untuk tegangan adalah pascal (Pa).

Baca Juga

Regangan merupakan ukuran mengenai seberapa jauh batang tersebut berubah bentuk. Adapun regangan (strain) didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang batang dengan panjang mula-mula dinyatakan:

3. Modulus Young

Definisi dari modulus young, yaitu perbandingan antara tegangan dengan regangan.

jika di uraikan rumus tegangan dan regangan di dapat persamaan yaitu

Baca Juga

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 daerah elastis linier, besarnya gaya F sebanding dengan pertambahan panjang x.

Jika pegas ditarik dengan suatu gaya tanpa melampaui batas elastisitasnya, pegas akan bekerja dengan gaya pemulih yang sebanding dengan simpangan benda pada titik seimbangnya, tetapi arahnya berlawanan dengan arah gerak benda.

Secara matematis, hukum Hooke dinyatakan dengan rumus

Tanda (-) negatif pada hukum Hooke memiliki makna gaya pemulih pada pegas akan selalu berlawanan dengan arah simpangan pegas. Tetapan pegas (k) menyatakan ukuran kekakuan pegas. Pegas yang kaku mempunyai nilai k yang besar, sedangkan pegas lunak mempunyai nilai k kecil.

Namun dalam notasi skalar,  tanda negatif dihilangkan, sehingga rumus hukum Hooke menjadi:

F = K.ΔX

2. Hukum Hooke untuk Susunan Pegas

Sebuah pegas yang diberi gaya selalu mengalami pertambahan panjang sesuai dengan gaya yang diberikan pada pegas tersebut. Bagaimana seandainya pegas yang diberi gaya berupa susunan pegas (lebih dari satu)? Berbagai macam susunan pegas antara lain sebagai berikut.

Susunan Seri pegas

Pertambahan panjang pegas yang disusun seri adalah jumlah pertambahan panjang kedua pegas. Maka, tetapan pegas yang disusun seri dihitung:

Maka, ketetapan pegas yang disusun seri dihitung:

Baca Juga

Gaya yang dipakai untuk menarik kedua pegas hingga pertambahan panjang kedua pegas sama.

Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas yaitu kemampuan pegas untuk kembali ke bentuk awal.

Usaha yang dilakukan untuk menarik pegas atau besarnya energi potensial pegas untuk kembali ke bentuk semula. Besarnya energi potensial pegas dihitung dengan langkah sebagai berikut.

Baca Juga

Banyak sekali peralatan yang digunakan manusia yang memanfaatkan sifat elastik bahan. Neraca Newton (neraca pegas) merupakan pemanfaatan yang sangat sederhana. Pertambahan panjang pegas digunakan untuk mengukur massa benda yang digantung di ujung neraca.

Contoh lainnya, pada tali busur sebuah panah. Ketika tali busur tersebut ditarik, tali busur yang bersifat elastik akan menegang dan menyimpan energi potensial elastik. Ketika anak panah dilepaskan, energi potensial elastik ini akan berubah menjadi energi kinetik anak panah, sehingga sehingga anak panah dapat melesat.

Pada sepeda motor dan mobil ketika bergerak dijalan yang tidak rata. Inilah yang meyebabkan kita merasa nyaman dan aman walaupun motor atau mobil yang kita tumpangi bergerak di jalan yang tidak rata.

Dalam ilmu bangunan, bahan-bahan elastik digunakan sebagai rangka ataupun sebagai penyangga untuk menahan getaran yang besar, misalnya gempa bumi.

Bayangkan jika pada sebuah jembatan, bahan utama yang digunakan bukan bahan elastik. Ketika beban yang agak banyak lewat diatas jembatan, maka jembatan itu akan tertekan sedikit kebawah. Karena tidak elastik, jembatan tidak dapat kembali ke posisinya semula. Lama-kelamaan, jembatan itu akan patah.

Contoh Soal

1. Sebuah pegas memiliki sifat elastis dengan luas penampamg 100 m2. Jika pegas ditarik dengan gaya 150 Newton. berapakah tegangan dialami pegas ?Diketahui :A : 100 m2F : 150 NDitanya :σ . . . ?Jawab :σ : F/Aσ : 150 N / 100 m2

σ : 1.5 N/m2

2. Sebuah kawat memiliki panjang 100 cm dan ditarik dengan gaya 100 Newton. kemudian bertambah panjang 10 cm. Tentukanlah regangan kawat ?Diketahui :Lo : 100 cmΔL : 10 cmF : 100NDitanya :e . . . . ?jawab :e :ΔL / Loe : 10 cm / 100 cm

e : 0.1

3. Diketahui panjang pegas 25 cm. Sebuah balok bermassa 20 gram digantungkan pada pegas kemudian pegas bertambah panjang 5 cm. Tentukan modulus elastisitas andai luas penampang pegas 100 cm2 !Diketahui :Lo : 25 cmΔL : 5 cmm : 20 gram : 0.02 kgF : w : m . g : 0.02(10) : 0.2 NA : 100 cm : 0.01 mDitaya :E . . . .?Jawab :E : σ/eE : (F /A ) / (ΔL/Lo)E : ( 0.2 N/ 0.01 m2) / (5 cm /25 cm )E : (20 N /m2 )/ (0.2)

E : 100 N/m2

Pegas adalah percobaan kali ini yang telah dilakukan yang bertujuan untuk mengetahui hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang serta untuk menentukan konstanta pegas pada rangkaian seri dan rangkaian paralel.

Pada percobaan ini  digunakan alat berupa neraca ohauss 311 gram yang NSTnya telah kita ketahui, pegas, statif dan klem, beban dan penggantung, dan mistar 100 cm. Ada dua kegiatan yang dilakukan dalam percobaan ini, yang pertama untuk mengetahui hubungan antara panjang pegas dan pertambahan panjang.

Pada kegiatan ini dilakukan pengukuran panjang pada dua buah pegas yaitu pegas 1 dan pegas 2 namun pengkuran panjang dilakukan pada masing-masing pegasdengan menambahkannya beban satu persatu yang massanya berbeda-beda. Sedangkan pada kegiatan kedua yaitu untuk menentukan konstanta pegas.Pada kegiatan ini dilakukan juga pengukuran panjang pegas namun pegas disusun  secara seri dan paralel,kemudian digantungi beban yang massanya berbeda-beda juga.Setelah itu,hasil dari pengukuran tadi digunakan untuk mencari konstanta pegas.

Pada kegiatan pertama,ada dua pegas yang dicari konstantanya dengan menggunakan grafik.Sedangkan pada kegiatan kedua,juga dicari konstanta pegasnya dengan grafik dan juga menggunakan rumus susunan seri dan susunan paraleldengan menggunakan konstanta yang diperoleh diperoleh dari konstanta pegas 1 dan pegas 2 pada kegiatan pertama.Maka dari proses percobaan ini,dapat disimpulkan bahwa semakin besar massa suatu beban maka semakin besar pertambahan panjang pegas.Dan konstanta yang didapat dengan menggunakan grafik akan sama atau hampir sama dengan konstanta yang didapat dengan menggunakan rumus.

Baca Juga : Rumus Medan Magnet

Teori Dasar

Pendekatan yang baik untuk berbagai gaya F dari pegas sebanding dengan perpindahan d ujung bebas pegas dari posisinya ketika pegas dalam keadaan relaks. Robert Hooke ilmuan Inggris di akhir tahun 1600-an. Tanda minus pada persamaan Hukum Hooke menandakan bahwa arah gaya pegas selalu berlawanan arah dengan perpindahan ujung bebas pegas.

Konstanta k disebut dengan konstanta pegas dan ini merupakan ukuran kekakuan pegas.Semakin besarnilai k, semakin kaku pegas; ini menandakan bahwa semakin besar k semakinkuat tarikan atau dorongan pegas untuk perpindahan tertentu. Satuan SI untuk k adalah newton per meter (Halliday/Resnick/Walker.1960. 163 ).

Pegas adalah benda elastis yang digunakan untuk menyimpan energi mekanis. Pegas biasanya terbuat dari baja. Pegas juga ditemukan di sistem suspensi mobil. Pada Mobil Pegas memiliki fungsi menyerap kejut dari jalan dan getaran roda agar tidak diteruskan ke bodi kendaraan secara langsung. Selain itu, pegas juga berguna untuk menambah daya cengkerem ban terhadap permukaan jalan.

Penggunaan pegas dalam dunia keteknikan sangat luas,misalkan pada teknik mesin, teknik elektro, alat-alat transformasi,dan lain-lain.Dalam banyak hal, tidak terdapat alternative lain yang dapat digunakan, Kecuali menggunakan pegas dalam kontruksi dunia keteknikan. harus dapat berfungsi dengan baik, terutama dari segi persyaratan,keamanan dan kenyamanan.

Adapun fungsi pegas adalah memberikan gaya,melunakan tumbukan dengan memanfaatkan sifat elastisitas bahannya, menyerap dan menyimpan energi dalam waktu yang singkat dan mengeluarkanya kembali dalam jangka waktu yang lebih panjang, serta mengurangi getaran.

Cara kerja pegas adalah kemampuan menerima kerja lewat perubahan bentuk elastic ketika mengendur, kemudian menyerahkan kerja kembali kedalam bentuk semula, hal ini di sebut cara kerja pegas.

Pada pegas, gaya F (N) dalam daerah elastic besarnya sama dengan perkalian antara perpindahan titik daya tangkap gaya F (mm) dikalikan dengan konstanta K atau K merupakan fungsi di f dikalikan dengan konstanta k . Dalam hal ini dapat dilihat pada diagram pegas,

Dimana pada sumbu mendatar diukur perpindahan f (mm) dan pada sumbu vertical gaya F (N).Luas yang terletak antara garis a dan sumbu mendatar merupakan kerja yang terhimpun dalam pegas yang ditegangkan,

Ketika pegas mengendur, bukan garis penuh A yang dilalui,melainkan jenis lengkungan yang putus-putus. Selisih kerja diubah menjadi kalor sebagai akibat dari gesekan bahan pegas,hal ini di sebut histerisis.

Baca Juga : Dimensi Besaran

• Elastisitas dan Hukum Hooke

Bila suatu benda dikenai sebuah gaya dan kemudian gaya tersebut dihilangkan, maka benda akan kembali ke bentuk semula, berarti benda itu adalah benda elastis. Namun pada umumnya benda bila dikenai gaya tidak dapat kembali ke bentuk semula walaupun gaya yang bekerja sudah hilang. Benda seperti ini disebut benda plastis.

Contoh benda elastis adalah karet ataupun pegas. Bila pegas ditarik melebihi batasn tertentu maka benda itu tidak akan elastis lagi. Lalu bagaimanakah hubungan pertambahan panjang dengan gaya tarik?

Karena besarnya gaya pemulih sebanding besarnya pertambahan panjang, maka dapat dirumuskan bahwa:

dengan,

k = konstanta pegas
Fp = Gaya Pemulih (N)
x = Perpanjangan Pegas (m)

Persamaan inilah yang disebut dengan Hukum Hooke. Tanda negatif (-) dalam persamaan menunjukkan berarti gaya pemulih berlawanan arah dengan arah perpanjangan.

Yang dimaksud dengan Mosdulus Elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan. Modulus ini dapat disebut dengan sebutan Modulus Young.

1. • Tegangan (Stress)
     Tegangan adalah gaya per satuan luas penampang. Satuan tegangan adalah N/m2 Secara matematis dapat dituliskan:
     
     

1. • Regangan (Strain) Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang suatu batang terhadap panjang awal mulanya bila batang itu diberi gaya. Secara matematis dapat dituliskan:
     

Dari kedua persamaan di atas dan pengertian modulus elastisitas, kita dapat mencari persamaan untuk menghitung besarnya modulus elastisitas, yang tidak lain adalah:

Satuan untuk modulus elastisitas adalah N/m2

• Gerak Benda di Bawah Pengaruh Gaya Pegas

Bila suatu benda yang digantungkan pada pegas ditarik sejauh x meter dan kemudian dilepas, maka benda akan bergetar. Percepatan getarnya itu dapat dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan di atas, kita mengetahui bahwa besarnya percepatan getar (a) sebanding dan berlawanan arah dengan simpangan (x).

Baca Juga : Dioda

Macam – Macam Pegas

Pegas mekanik dipakai pada mesin yanmg mendesakan gaya, untuk menyediakan kelenturan, dan untuk menyimpan atau menyerap energi. Pada umumnya pegas dapat digolongkan atas pegas dawai, pegas daun, atau pegas yang berbentuk khusus, dan setiap golongan ini masih dapat terdapat berbagai jenis lagi.

Pegas dawai mencakup pegas ulir dari kawat bulat atau persegi dan dibuat untuk menahan beban tarik, tekan, atau puntir. Dalam pegas daun termasuk jenis yang menganjur (cantilever) dan yang berbentuk elips, pegas daya pemutar motor atau pemutar jam, dan pegas daun penahan baut, yang biasanya disebut pegas Belleville.

Jika sebuah pegas diberi gangguan sehingga pegas meregang (berarti pegas ditarik). Atau merapat (berarti pegas ditekan), pada pegas akan bekerja gaya pemulihan yang arahnya selalu menuju titik asal. Dengan kata lain besar gaya pemulihan pada pegas ini sebanding dengan gangguan atau simpangan yang diberikan pada pegas. Pernyataan tersebut dikenal dengan hukum hooke. Kemudian persamaannya dinyatakan sebagai berikut:

 F = -kx
(1)

Dengan F adalah gaya (N), k adalah konstanta pegas (N/m) dan x adalah perubahan panjang pegas (m).

Ketika pada sebuah pegas dibebani dengan sebuah massa m1, maka gaya yang menyebabkan pegas bertambah panjang adalah gaya dari massa tersebut, sehingga berlaku

mg = kx

(2)

Dengan g adalah percepatan gravitasi (m/s2).

Selain dengan cara pembebanan, konstanta pegas k dapat dicari dengan cara getaran pada pegas. Sebuah benda bermassa m dibebankan pada pegas dan disampingkan dari posisi setimbangnya, maka akan terjadi getaran pegas dengan periode getaran T sebagai berikut:

(3)

Hasil Eksprimen Dan Analisis Data

Hasil pengamatan

Kegiatan 1. Menentukan hubungan gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas

Pegas 1

Tabel 1. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas 1

Baca Juga : Fungsi Termometer

Pegas 2

Tabel 2. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas 2

Kegiatan 2. Menentukan hubungan gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas

Susunan Seri

Panjang awal pegas = |45,90±0,05| cm

Tabel 3. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas

Susunan Paralel

Panjang awal pegas       = |20,00±0,05| cm

Tabel 4. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas

Baca Juga : Hukum Faraday – Percobaan, Makalah, Penerapan Dan Contoh Soal

Analisis Data

Kegiatan 1

Pegas 1

Tabel hubungan pertambahan panjang pegas 1 dengan Gaya Pegas

 Grafik 1. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas 1

Pelaporan Fisika:

Baca Juga : Rumus Cermin Cembung

Grafik 2. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang

Kegiatan 2

Susunan SeriDengan cara yang sama diperoleh:

Tabel Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas :

Grafik 3.

Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas seri.

Maka konstanta pegas dengan menggunakan rumus susunan seri:

Baca Juga : Contoh Cermin Cekung

Demikian penjelasan artikel diatas tentang Gaya Pegas – Pengertian, Contoh, Grafik Hukum Hooke, Dasar Teori semoga bermanfaat bagi pembaca setia kami.