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
Memasuki masa SMA, Sobat Zenius udah pasti nggak asing dengan materi yang satu ini. Yap, supaya elo makin memahaminya, gue mau ngajak elo semua buat ngebahas rumus elastisitas gaya pegas.
Waktu kecil, Sobat Zenius familiar nggak, sih, dengan permainan lompat tali? Inget banget, kan, pasti dulu bikinnya harus semaleman mengaitkan karet gelang satu persatu hingga tebal dan panjang.
Kalau dipikir-pikir kenapa harus menggunakan karet gelang, ya? Kenapa nggak menggunakan tali tambang atau tali rafia saja?
Yap, jawabannya karena karet gelang mempunyai sifat yang elastis! Nah, kalau elo ditanya seperti ini, “jelaskan mengenai karakter elastisitas!”, kira-kira apa jawaban elo?
Supaya elo nggak bingung menjawabnya, gue mau ngebahas elastisitas lebih dalam lagi, nih, lewat artikel ini. Nggak cuman itu, seperti yang sudah dijanjikan di awal artikel, kita juga akan membahas rumus elastisitas gaya pegas.
Yuk, simak bersama-sama, ya!
Apa Itu Elastisitas?
Sebelum melangkah lebih jauh, mari kita bahas terlebih dahulu mengenai definisi dari elastisitas Fisika.
Sifat benda terbagi menjadi dua yaitu plastis dan elastis. Benda plastis adalah benda yang ketika diberikan suatu gaya tidak akan kembali ke bentuk semulanya, meskipun gaya yang diberikan telah hilang.
Sedangkan, benda elastis memiliki sifat yang berkebalikan dengan benda plastis yaitu jika diberikan gaya, maka benda akan kembali ke bentuk semulanya setelah gaya yang diberikan hilang.
Jadi, elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk dapat kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya yang diberikan kepada benda tersebut dihilangkan.
Elastisitas benda ternyata dapat dihitung loh dari tegangan dan regangan yang bekerja dan diberikan kepada benda.
Gaya yang dihasilkan oleh benda elastis adalah gaya pegas. Nah, pembahasan mengenai gaya pegas akan kita bahas di subbab selanjutnya, ya, Sobat Zenius.
Pastikan pantengin artikel ini sampai selesai!
Tegangan [Stress]
Bukan hanya Sobat Zenius saja, nih, yang bisa merasakan stress.
Pasalnya, ternyata benda elastis yang diberikan gaya tertentu juga bisa merasakan stress, atau tegangan. Tegangan adalah gaya yang bekerja pada setiap satuan luas.
Tegangan tergolong ke dalam besaran skalar loh, sehingga secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:
dengan
σ : stress atau tegangan [N/m²]
F : gaya yang diberikan pada benda [N]
A : luas penampang [m²]
Selain tegangan, faktor lainnya yang berpengaruh pada rumus elastisitas adalah regangan.
Regangan [Strain]
Benda yang semula telah mengalami stress atau tegangan, kemudian akan mengalami regangan.
Regangan adalah pertambahan panjang suatu benda per satuan panjang benda mula-mula akibat adanya gaya tarikan yang diterima oleh benda. Regangan [strain] tidak memiliki satuan.
Rumus regangan secara sistematis dapat dituliskan sebagai berikut:
Dengan
ε : strain atau tegangan
Δl : pertambahan panjang [m]
Setelah tegangan dan regangan diketahui, baru rumus elastisitas Fisika bisa ditentukan.
Mau materi dan video pembelajaran tentang Fisika yang lebih lengkap? Download Zenius di gadget elo ya, biar belajar makin seru. Klik tombol download di bawah ini, ya!
Download Aplikasi Zenius
Fokus UTBK untuk kejar kampus impian? Persiapin diri elo lewat pembahasan video materi, ribuan contoh soal, dan kumpulan try out di Zenius!
Rumus Elastisitas Fisika [Modulus Young]
Modulus young adalah perbandingan antara tegangan dan regangan. Sebab regangan tidak memiliki satuan, modulus young mempunyai satuan yang sama dengan tegangan
Ngomong-ngomong soal elastisitas, pulpen cetak cetek yang kita pakai sehari-hari juga menggunakan konsep elastisitas loh, khususnya di bagian per/pegasnya.
Ketika kita menekan pulpen sama saja dengan kita memberikan gaya, loh! Gaya apa ya yang kita berikan? Yap, seperti yang sudah gue sebutkan di awal, jawabannya adalah gaya pegas.
Gaya Pegas
Gaya pegas adalah gaya yang bekerja pada pegas, menyebabkan pegas dapat memanjang dan memendek. Sifat gaya pegas adalah menahan gaya luar yang menarik pegas. Karena itu, arah gaya pegas berlawanan dengan arah perubahan panjang pegas.
Ngomongin soal gaya pegas, pasti nggak asing dengan hukum Hooke.
Hukum Hooke
Dari hukum Hooke di atas, kita bisa mengetahui juga energi potensial pegas.
Energi Potensial Pegas
Energi potensial pegas merupakan usaha yang dilakukan oleh gaya pegas dalam mengubah panjang pegas. Secara matematis persamaan dari energi potensial pegas dapat kita tuliskan sebagai berikut:
Ep = F . Δx
Ep = ½ . k . Δx²
Kita tahu di pulpen hanya terdapat satu pegas sehingga lebih mudah dihitung gaya pegasnya, tapi bagaimana dengan beberapa buah pegas yang disusun membentuk rangkaian?
Rangkaian Pegas
Elastisitas rangkaian pegas merupakan susunan beberapa buah pegas baik disusun secara seri, paralel atau bahkan gabungan keduanya.
Dalam rangkaian pegas, setidaknya ada dua rangkaian yang perlu Sobat Zenius ketahui, yaitu rangkaian seri dan paralel.
Contoh Soal Rumus Elastisitas Gaya Pegas
Nah, setelah mumet dengan semua rumus elastisitas dan gaya pegas ini, kita langsung masuk aja yuk ke contoh soalnya!
Contoh soal 1
Sebuah pegas sepanjang 20 cm ditarik dengan gaya 10 N menyebabkan panjang pegas menjadi 22 cm. Bila pegas tersebut ditarik dengan gaya F sehingga panjangnya menjadi 23 cm, besar gaya F adalah…
Pembahasan:
Pada soal ini, kalian hanya perlu membandingkan dua keadaan, yaitu keadaan 1 dan keadaan 2 yang diketahui
F₁ = 10 N
Δx₁ = 22 cm – 20 cm = 2 cm
Δx₂ = 23 cm – 20 cm = 3 cm
Dua keadaan tersebut kita bandingkan dengan rumusan hukum hooke yaitu:
F₂ = 15 N
Contoh soal 2
Terdapat 4 buah pegas identik dengan masing-masing memiliki konstanta elastisitas 1600 N/m, 3 buah pegas disusun paralel dan diserikan dengan pegas ke-4. Kemudian beban w yang digantung menyebabkan rangkaian pegas secara keseluruhan mengalami perpanjangan sebesar 5 cm. Berat beban w adalah…
Pembahasan:
Pada soal di atas telah diketahui
K = 1600 N/m
Δx = 5 cm = 0,05 m
= k + k + k
= 3.k = 3.1600 = 4800 N/m
Sekarang hitung k totalnya
Untuk menentukan berat bendanya kita gunakan rumus hukum hooke
w = F = k . Δx
= 1200 . 5×10⁻² = 60 N
Demikian penjelasan singkat mengenai rumus elastisitas gaya pegas dalam Fisika yang bisa Sobat Zenius pelajari dengan saksama.
Selain mendapatkan akses premium serta penyampaian yang mudah dicerna, elo juga akan menemukan beragam contoh soal menarik yang bisa dipelajari.
Gimana cara mendapatkannya? Elo tinggal buat akun Zenius terlebih dahulu di sini, lalu klik banner di bawah ini.
Ketikkan materi pelajaran yang mau elo pelajari, lalu cari, deh, bab-bab yang elo tuju.
Biar makin mantap, Zenius punya beberapa paket belajar yang bisa lo pilih sesuai kebutuhan lo. Di sini lo nggak cuman mereview materi aja, tetapi juga ada latihan soal untuk mengukur pemahaman lo. Yuk langsung aja klik banner di bawah ini!
Baca Juga Artikel Lainnya:
4 Rumus Gerak Harmonik Sederhana yang Mudah Dipahami
Rumus Energi Potensial dalam Fisika
Rumus Tegangan Elastisitas
Referensi
Sibejoo et al. 2015. Kumpulan Materi Panduan Terarah Fisika SMA/SMK. Bandung [ID]: PT Mizan Pustaka.
Originally published: October 02, 2021
Updated by: Maulana Adieb & Arieni Mayesha