Di dalam ilmu fisika, ada yang namanya elastisitas. Elastisitas fisika ini juga merupakan salah satu materi yang akan kamu pelajari di kelas X atau XI. Lalu apa itu elastisitas?
Pada artikel kali ini Pendidikanpedia akan memberikan materi elastisitas fisika kelas 11, mulai dari pengertian, besar-besaran dan rumusnya, contoh elastisitas, bunyi hukum Hooke, hingga contoh soal elastisitas dan pembahasannya. Langsung saja, simak penjelasannya berikut ini!
Pengertian Elastisitas Fisika
Dalam ilmu fisika, elastisitas adalah kecenderungan bahan padat untuk kembali kepada bentuk aslinya setelah terdeformasi. Benda padat akan mendapati deformasi jika gaya diaplikasikan pada benda tersebut. Jika benda tersebut elastis, maka benda itu akan kembali ke ukuran atau bentuk semula ketika gaya yang didapatinya dihilangkan.
Mari kita ambil contoh karet dan besi. Kalau kamu tarik sebuah karet, kemudian dilepaskan maka karet tersebut akan kembali ke bentuk awalnya, kan? Beda lagi kalau yang kamu tarik itu besi.
Tingkat elastisitas besi cukup kecil, sehingga apabila besi ditarik dan melewati batas elastisitasnya, maka besi itu akan patah dan tidak kembali ke bentuk awalnya.
Keelastisan setiap benda berbeda-beda. Pada logam, kisi (lattice) atom berubah bentuk dan ukurannya saat gaya dipraktekkan (energi ditambahkan pada sistem).
Saat gaya ditiadakan,seluruh kisi kembali pada keadaan energi asli yang lebih rendah. Bagi karet dan polimer lain, elastisitas disebabkan dengan peregangan rantai polimer saat gaya dipakai.
Besaran-Besaran dan Rumus Elastisitas Fisika
Berikut macam-macam besaran dan rumus elastisitas fisika.
A. Tegangan (Stress)
Tegangan adalah besarnya gaya yang bekerja pada sebuah permukaan benda persatuan luas.
Rumus besaran tegangan:
B. Regangan (Strain)
Regangan dalam elastisitas merupakan pertambahan panjang yang terjadi pada sebuah benda karena tekanan suatu gaya luar per panjang awal benda itu sebelum gaya luar diaplikasikan padanya.
Rumus besaran regangan:
C. Modulus Elastis (Modulus Young)
Modulus young adalah besaran yang membandingkan antara tegangan dengan regangan.
Rumus besaran modulus Young:
Bila rumus regangan dan teganan di atas diuraikan maka didapat suatu persamaan yaitu:
D. Mampatan
Mampatan hampir sama dengan regangan. Namun bedanya, regangan itu terjadi sebab adanya gaya tarik yang mendorong molekul benda terdorong keluar.
Sebaliknya, mampatan terjadi sebab adanya gaya yang membuat molekul benda masuk ke dalam (memampat).
Contoh Elastisitas dalam Kehidupan Sehari-Hari
Elastisitas fisika sejatinya bisa kamu temukan di dalam kehidupan sehari-hari. Hanya saja, mungkin kamu jarang menyadarinya. Berikut 2 contoh elastisitas yang sering terjadi dalam kehidupan sehari-hari.
- Pegas yang ditarik dan kembali seperti semula.
- Saat anak sedang bermain ketapel dan meletakkan batu ke karet ketapel, tarik lalu kemudian dilepaskan. Maka karet ketapel akan kembali ke posisi semula.
Bunyi Hukum Hooke
Berikut di bawah ini bunyi hukum Hooke.
“Jika pegas ditarik dengan sebuah gaya yang tak melampaui batas elastisitasnya, pegas akan bertindak sebagai gaya pemulih yang sebanding dengan simpangan benda pada titik seimbangnya namun arahnya berlawanan dengan gerak benda”
Hukum Hooke
Dari bunyinya di atas, maka dapat didapatkan rumus hukum Hooke secara sistematis sebagai berikut.
Tanda negatif setelah tanda sama dengan pada rumus hukum Hooke mempunyai arti gaya pemulih pada pegas akan selalu berlawanan dengan arah simpangan pegas.
Tetapan pegas (k) menyatakan ukuran kekakuan pegas. Pegas yang tak elastis atau kaku mempunyai nilai k yang besar, sedangkan pegas lunak mempunyai k kecil.
Hukum Hooke untuk Susunan Pegas
Sebuah pegas yang dikenai gaya akan bertambah panjang sesuai gaya yang diberikan. Tapi bagaimana jika pegas yang dikenai gaya berupa susunan pegas lebih dari satu atau banyak? Jika susunan pegas lebih dari satu maka diberi rumus seperti berikut:
Jika pertambahan panjang pegas yang disusun seri merupakan jumlah pertambahan panjang ke 2 pegas. Jadi, tetapan pegas yang disusun seri dapat dihitung sebagai berikut:
Maka, ketetapan pegas yang disusun seri terus dihitung sebagai berikut:
Susunan Pegas Paralel
Gaya mg dipakai dengan menarik kedua pegas hingga pertambahan panjang kedua pegas sama.
Energi Potensial Pegas
Energi potensial pegas adalah kemampuan pegas untuk kembali ke bentuk semula. Bisa juga diarikan sebagia usaha yang dilakukan untuk menarik pegas atau besar potensi energi pegas agar kembali ke bentuk semula.
Besarnya potensi energi dihitung dengan langkah-langkah sebagai berikut.
Batas Elastisitas
Kamu sudah tahu bukan? Bahwa elastisitas adalah sifat benda yang akan kembali ke bentuk semula sesaat setelah diberi gaya dari luar.
Tiap benda mempunyai sifat elastisitas yang berbeda-beda. Dan ada pula benda yang tak dapat kembali seperti semula, benda-benda seperti ini biasa disebut dengan benda plastis.
Adapun deformasi, ialah suatu perubahan ukuran atau bentuk sebuah benda saat diberi gaya. Setelah menerima gaya, molekul pada benda akan bereaksi dan menghambat proses deformasi.
Gaya luar adalah gaya yang dikenai pada sebuah benda. Sedangkan gaya dalam ialah gaya yang bereaksi dari molekul-molekul dalam benda.
Tetapan Gaya Pada Benda Elastis
Modulus Young dirumuskan seperti berikut.
Pada rumus di atas, banyaknya gaya yang bekerja pada benda dapat dinyatakan seperti berikut.
Berdasarkan hukum Hooke, gaya besar pemulih pada pegas sebesar F = -k ∆x atau F = -k ∆ℓ maka, konstanta gaya pada suatu benda elastis bisa dirumuskan sebagai berikut.
Kamu juga bisa mempelajari materi elastisitas fisika melalui video pembelajaran yang sudah Pendidikanpedia sediakan di bawah ini.
Contoh Soal Elastisitas Fisika dan Pembahasannya
Materi fisika kali ini melibatkan cukup banyak rumus dan hitung-hitungan. Supaya kamu benar-benar mengerti materi elastisitas fisika, maka sebaiknya kamu mengerjakan latihan soalnya.
Berikut Pendidikanpedia sediakan 10 butir contoh soal elastisitas dan pembahasannya yang bisa kamu jadikan sebagai bahan pembelajaran.
1. Sebuah kawat memiliki panjang 200 cm dan ditarik dengan gaya 100 Newton. Kemudian bertambah panjang 20 cm. Tentukanlah regangan kawat!
Ditanyakan:
e = … ?
Jawab:
Diketahui:
Lo = 200 cm
ΔL = 20 cm
F = 100 N
Penyelesaian:
e = ΔL / Lo
e = 20 cm / 200 cm
e = 0,2
2. Sebuah pegas mempunyai sifat elastis dengan luas penampang 150 m2. Jika pegas ditarik dengan gaya 200 Newton. Hitung berapa tegangan yang dialami pegas!
Ditanyakan:
σ = … ?
Jawab:
Diketahui:
A = 150 m2
F = 200 N
Penyelesaian:
σ = F/A
σ = 200 N/150 m2
σ = 1,3 N/m
3. Sebuah ban karet memiliki panjang 50 cm ketika digantung secara vertikal. Ketika diberi beban seberat 30 N, ban karet tersebut bertambah panjang hingga 55 cm. pertanyaannya, berapakah konstanta pegas dan panjang pegas ketika ditarik gaya sebesar 45 N?
Ditanyakan:
a. K = … ?
b. X2 = … ?
Jawab:
Diketahui:
X0 = 50 cm = 0,5 m
X1 = 55 cm = 0,55 m
F1 = 30 N
F2 = 45 N
Penyelesaian:
4. Sebuah kawat memiliki panjang 1 meter ditarik dengan gaya 4 N. Adapun luas penampang kawat itu 2 mm2 dan modulus elastisitasnya 10 1 ° N/m2 . Hitunglah pertambahan panjang kawat akibat gaya yang diberikan!
Ditanyakan:
△ℓ = … ?
Jawab:
Diketahui:
Y = 10 10 N / m2
A = 2 mm2 = 2 × 10-6 m2
ℓ = 1 m
F = 4 N
Penyelesaian:
5. Sebuah per memiliki panjang 10 cm. jika modulus elastisitas per 20 N/m2 dan luas ketapel 1 m2. Berapa besar gaya yang diperlukan agar per bertambah panjang sampai 5 cm?
Ditanyakan:
F = … ?
Jawab:
Diketahui:
Tinggi = 10 cm
T = 20 N/m2
A = 1 m2
ΔL = 5 cm
Penyelesaian:
E = σ / e
E = (F/A) / (ΔL/Lo)
20 N/m2 = (F/1 m2) / (5cm/10 cm)
20 N/m2 = (F/1 m2) / ½
40 N/m2 = (F/1 m2)
F = 40 N
6. Tuliskan rumus tegangan dan regangan sesaat setelah diuraikan!
Jawab:
7. Nyatakan bunyi hukum Hooke!
Jawab:
Jika pegas ditarik dengan sebuah gaya yang tak melampaui batas elastisitasnya, pegas akan bertindak sebagai gaya pemulih yang sebanding dengan simpangan benda pada titik seimbangnya namun arahnya berlawanan dengan gerak benda.
8. Sebutkan satu contoh elastisitas dalam kehidupan sehari-hari!
Jawab:
Saat anak sedang bermain ketapel dan meletakkan batu ke karet ketapel, ketapel ditarik kemudian dilepaskan. Maka karet ketapel akan kembali ke posisi semula.
9. Tuliskan rumus tentang regangan!
Jawab:
10. Sebutkan perbedaan antara mampatan dengan regangan!
Jawab:
Regangan itu terjadi sebab adanya gaya tarik yang mendorong molekul benda terdorong keluar. Sementara mampatan terjadi sebab adanya gaya yang membuat molekul benda masuk ke dalam (memampat).
Nah itu dia pembahasan kali ini tentang elastisitas fisika, rumus-rumus elastisitas fisika, dan contoh soal beserta pembahasannya. Dukung terus Pendidikanpedia agar senantiasa memberikan materi sekolah dengan cara share artikel ini ke media sosial, yuk!
