Pernahkah kamu 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!
Pengertian Elastisitas Zat Padat
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.
Rumus Elastisitas Zat Padat
Saat membahas elastisitas, kamu akan mengenal istilah besaran stress (tegangan), strain (regangan), dan Modulus Young. Apa perbedaan antara ketiga besaran?
Stress
Stress atau tegangan adalah besarnya gaya yang diberikan pada bahan di setiap satuan luas. Mungkin kamu sudah mempelajarinya sebagai tekanan. Secara matematis, stress dirumuskan sebagai berikut.
Dengan:
σ = tegangan (N/m2);
F = gaya (N); dan
A = luas penampang (m2).
Strain
Strain atau regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang pegas dan pegas mula-mula. Saat suatu pegas yang panjangnya Lo kamu beri tegangan, pasti pegas akan meregang sejauh ∆L. Secara matematis, strain dirumuskan sebagai berikut.
Dengan:
e = strain atau regangan;
∆L = pertambahan panjang pegas (m); dan
Lo = Panjang pegas mula-mula (m).
Modulus Young
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.
Dengan:
E = modulus Young (N/m2);
σ = tegangan (N/m2);
F = gaya (N);
A = luas penampang (m2);
e = strain atau regangan;
∆L = pertambahan panjang pegas (m); dan
Lo = Panjang pegas mula-mula (m).
Contoh Soal Elastisitas Zat Padat
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!
Pembahasan:
Ditanya: E =…?
Jawab:
Mula-mula, tentukan dahulu pertambahan panjang kawat.
Selanjutnya, tentukan modulus Young dengan persamaan berikut.
Jadi, modulus Young kawat tersebut adalah 3,125 × 104 N/m2.
Perhatikan contoh soal berikutnya.
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?
Pembahasan:
Diketahui:
Ditanya: A =…?
Jawab:
Untuk mencari luas penampang tali, gunakan persamaan berikut.
Jadi, luas penampang talinya adalah 1,6 × 10-2 m2.
Hukum Hooke
Hal-hal yang akan kamu pelajari pada hukum Hooke adalah sebagai berikut.
Pengertian Hukum Hooke
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
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.
Langkah percobaannya adalah sebagai berikut.
- Catat dahulu panjang pegas mula-mula sebelum diberi beban.
- Gantungkan beban di ujung pegas secara bergantian. Jika kamu menyediakan 6 variasi beban, gantungkan 6 beban itu secara bergantian.
- Catat pertambahan pegas untuk setiap variasi beban yang kamu berikan.
- Buatlah kesimpulan sederhana dari percobaan tersebut.
Rumus Hukum Hooke
Sebelum ke rumus hukum Hooke, kamu harus tahu dulu bunyi hukum Hooke. Adapun bunyi hukum Hooke adalah “besarnya pertambahan panjang pegas sebanding dengan gaya yang diberikan”. Namun, pernyataan itu hanya berlaku di daerah elastis benda, ya. Artinya, selama benda atau pegasnya belum sampai putus atau hampir putus. Secara matematis, persamaan hukum Hooke adalah sebagai berikut.
Dengan:
F = gaya (N);
k = konstanta pegas (N/m); dan
∆x = perubahan panjang pegas (m).
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.
Sementara itu, energi yang dimiliki oleh pegas saat memanjang atau memendek disebut sebagai energi potensial pegas. Secara matematis, energi potensial pegas dirumuskan sebagai berikut.
Bagaimana Peran Hukum Hooke dalam Kehidupan Sehari-Hari?
Peran hukum Hooke dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.
- Penggunaan shockbreaker pada sepeda motor. Shockbreaker berfungsi untuk meredam setiap guncangan yang diterima motor.
- Penggunaan per pada kasur spring bed, sehingga kasur tersebut tidak mudah kempes.
- Ketapel bisa ditarik ulur karena menggunakan bahan elastis seperti karet. Semakin panjang tarikan karetnya, semakin besar energi potensial yang dihasilkan.
- Pompa ban sepeda manual bisa dinaikkan dan diturunkan karena di dalamnya terdapat bantalan pegas.
Contoh Soal Hukum Hooke
Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh soal berikut.
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?
Pembahasan:
Diketahui:
m = 48 kg
k1 = k2 = k3 = k4 = 1.500 N/m
Ditanya: ∆x =…?
Jawab:
Mula-mula, kamu harus mencari konstanta shockbreaker totalnya.
Lalu, tentukan pertambahan panjangnya dengan persamaan hukum Hooke.
Jadi, perubahan panjang setiap shockbreakernya adalah 8 cm.
Kesimpulan Hukum Hooke
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.
Sampai sini, Quipperian sudah paham kan bagaimana hukum Hooke pada pegas?
Semoga artikel ini bermanfaat, ya. Untuk mendapatkan materi lengkapnya, yuk buruan gabung Quipper Video. Salam Quipper!
