Kalian pasti sudah mengenal alat-alat sebagai berikut. Plastisin,

pegas pada sepeda, motor dan lain-lainnya, benda-benda

tersebut dinamakan bahan elastisitas. Bahkan kalian juga

pernah meregangkan pegas dan pegas itu kembali kebentuknya

semula, dan kenapa itu bisa terjadi. Sebelum melanjutkan

pembahasan kita pada elastisitas, prhatikanlah materi berikut

ini

ELASTISITAS

Tujuan Pembelajaran:

1. Mengidentifikasi benda-benda elastis dan plastis

2. Menjelaskan karakteristik benda elastis dan plastis

3. Mendiskusikan tegangan, regangan, modulus elastis suatu

bahan

4. Menjelaskan susunan pegas seri dan paralel

5. Menghitung besar tegangan, regangan, modulus elastis bahan

6. Menerapkan Hukum Hooke

7. Memformulasikan konstanta pegas seri dan paralel sesuai

Hukum Hooke

8. Menghitung persoalan tentang konstanta pegas seri dan

paralel

9. Menganalisis penerapan sifat elastis dalam kehidupan sehari-

hari

Kompetensi Dasar: 3.6 Menganalisis sifat elastisitas bahan dalam kehidupan sehari-hari.

lastisitas adalah sifat benda yang cenderung mengembalikan keadaan ke bentuk

semula setelah mengalami perubahan bentuk karena pengaruh gaya (tekanan atau

tarikan) dari luar.

Ketika diberi gaya, suatu benda akan mengalami deformasi, yaitu

perubahan ukuran atau bentuk. Karena mendapat gaya, molekul-molekul benda

akan bereaksi dan memberikan gaya untuk menghambat deformasi. Gaya yang

diberikan kepada benda dinamakan gaya luar, sedangkan gaya reaksi oleh

molekul-molekul dinamakan gaya dalam. Ketika gaya luar dihilangkan, gaya dalam

cenderung untuk mengembalikan bentuk dan ukuran benda ke keadaan semula.

Benda-benda yang memiliki elastisitas atau bersifat

elastis, seperti karet gelang, pegas, dan pelat logam

disebut benda elastis. . Pada gambar 2.a, apabila

sebuah gaya F diberikan pada sebuah pegas panjang

pegas akan berubah. Jika gaya terus diperbesar, maka

hubungan antara perpanjangan pegas dengan gaya yang

diberikan dapat digambarkan dengan grafik dibawah ini.

Berdasarkan grafik tersebut, garis lurus OA

menunjukkan besarnya gaya F yang sebanding dengan

pertambahan panjang x. Pada bagian ini pegas

dikatakan meregang secara linier. Jika F diperbesar

lagi sehingga melampaui titik A, garis tidak lurus lagi.

Hal ini dikatakan batas linieritasnya sudah terlampaui, tetapi pegas masih bisa

E

A. SIFAT ELASTISITAS BAHAN

A.

1. benda elastis

1.

Gambar 2a. Batas elastisitas pada

pegas

Gambar 2b. Grafik

hubungan gaya dengan pertambahan pegas

kembali ke bentuk semula. Apabila gaya F diperbesar terus sampai melewati titik

B, pegas bertambah panjang dan tidak kembali ke bentuk semula setelah gaya

dihilangkan. Ini disebut batas elastisitas atau kelentingan pegas. Jika gaya

terus diperbesar lagi hingga di titik C, maka pegas akan putus. Jadi, benda

elastis mempunyai batas elastisitas. Jika gaya yang diberikan melebihi batas

elastisitasnya, maka pegas tidak mampu lagi menahan gaya sehingga akan putus.

Adapun benda-benda yang tidak memiliki elastisitas (tidak kembali ke

bentuk awalnya) disebut benda plastis.

Contoh benda plastis adalah tanah liat dan plastisin (lilin mainan).

Perhatikan Gambar 4 yang menunjukkan sebuah benda

elastis dengan panjang L0 dan luas penampang A diberikan

gaya F sehingga bertambah panjang. Dalam keadaan ini,

dikatakan benda mengalami tegangan. Tegangan

menunjukkan kekuatan gaya yang

2. Benda Plastis

2.

B. TEGANGAN

menyebabkan perubahan bentuk benda. Tegangan (stress) didefinisikan

sebagai perbandingan antara gaya yang bekerja pada benda dengan luas

penampang benda. Secara matematis dituliskan:

...................................................................... (1)

dengan:

= tegangan (Pa)

F = gaya (N)

A = luas penampang (m2)

Satuan SI untuk tegangan adalah pascal (Pa), dengan konversi:

1 pascal = 1 meter2

1 newton atau 1 Pa = 1 N/m2

didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan

panjang batang dengan panjang mula-mula dinyatakan:

.......................................(2)

Gambar 5. Bahan elastis akan bertambah panjang ketika

diberi gaya dengan:

e = regangan

ΔL = pertambahan panjang (m)

L = panjang mula-mula (m)

C. REGANGAN (STRAIN)

B.

Regangan merupakan ukuran mengenai seberapa jauh batang tersebut

berubah bentuk. Tegangan diberikan pada materi dari arah luar, sedangkan

regangan adalah tanggapan materi terhadap tegangan. Pada daerah elastis,

besarnya tegangan berbanding lurus dengan regangan. Perbandingan antara

tegangan dan regangan benda tersebut disebut modulus elastisitas atau modulus

Young.

Pengukuran modulus Young dapat dilakukan dengan menggunakan

gelombang akustik, karena kecepatan jalannya bergantung pada modulus Young.

Secara matematis dirumuskan:

...........................................................(3)

............................................................... (4)

dengan:

E = modulus Young (N/m2)

F = gaya (N)

L = panjang mula-mula (m)

ΔL = pertambahan panjang (m)

A = luas penampang (m2)

= tegangan (Pa)

e = regangan

Nilai modulus Young hanya bergantung pada jenisbenda (komposisi benda),

tidak bergantung pada ukuran atau bentuk benda. Nilai modulus Young beberapa

jenis bahan dapat kalian lihat pada tabel dibawah ini Satuan SI untuk

1. Mata dan Kaca Mata

D. MODULUS YOUNG

E adalah pascal (Pa) atau Nm2.

Suatu benda yang dikenai gaya akan mengalami perubahan bentuk (volume

dan ukuran). Misalnya suatu pegas akan bertambah panjang dari ukuran semula,

apabila dikenai gaya sampai batas tertentu. Perhatikan Gambar 6 berikut!

Contoh soal

Gambar 5. Nilai modulus young dari berbagai jenis bahan

E. HUKUM HOOKE

Pemberian gaya sebesar F akan mengakibatkan pegas bertambah panjang

sebesar . Besar gaya F berbanding lurus dengan . Secara matematis dirumuskan

dengan persamaan berikut.

Keterangan:

F : gaya yang dikerjakan pada pegas (N)

Δx : penambahan panjang pegas (m)

k : konstanta pegas (N/m)

Persamaan di atas dapat dinyatakan dengan kata-kata sebagai berikut.

“Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastisitas pegas, maka pertambahan

panjang pegas berbanding lurus (sebanding) dengan gaya tariknya. Pernyataan

tersebut dikemukakan pertama kali oleh Robert Hooke seorang arsitek yang

ditugaskan untuk membangun kembali gedung-gedung di

London yang mengalami kebakaran pada tahun 1666. Oleh

karena itu, pernyataan di atas dikenal sebagai hukum

Hooke. Hubungan antara Hukum Hooke dengan moduls

Young adalah sebagai berikut.

Hubungan antara tetapan/konstanta gaya (k) dengan

modulus Young (E), dituliskan sebagai berikut.

F = k Δx

CONTOH

SOAL

Pernahkah kalian melihat didalamnya tempat tidur atau springbed?

Springbed ada yang tersusun dari pegas-pegas yang disusun dengan posisi sama.

Cermati penjelasan berikut.

1. Susunan seri

Susunan pegas secara seri dapat dilihat contohnya

seperti pada Gambar 7 . Pada saat

diberi gaya maka semua pegas merasakan gaya yang sama.

Konstanta pegas penggantinya memenuhi hubungan berikut.

F. SUSUNAN PEGAS

2. Susunan paralel

Gambar 8. Pegas susunan paralel

Susunan pegas secara paralel dapat dilihat contohnya seperti

pada Gambar 8. Pada saat ditarik gaya maka pemanjangan

pegas sama dan gaya yang diberikan dibagi sebanding

konstantanya. Konstanta penggantinya memenuhi persaman

berikut.

3. Susunan campuran

Bagaimana jika beberapa pegas disusun campur? Tentu kalian sudah bisa

menjawabnya bahwa pada rangkaian itu akan berlaku sifat gabungan. Dalam

menganalisanya dapat ditent ukan dengan memilih susunan yang sudah dapat

dikategorikan seri atau paralelnya.

Gambar 7.

Pegas susunan seri

Gambar 9. Pegas susunan

campuran antara paralel dan seri

CONTOH

SOAL

Dalam kehidupan sehari-hari, alat yang menerapkan sifat elastis bahan

banyak dijumpai. Misalnya, pada mainan anak-anak seperti pistol-pistolan, mobil-

mobilan, dan ketapel; perlengkapan rumah tangga seperti kursi sudut dan spring-

NO

3

G. PENERAPAN SIFAT ELASTIS

bed. Di sini akan dikemukakan beberapa contoh pemanfaatan peranan sifat

elastis bahan.

1. Alat Ukur Gaya Tarik Kereta Api

Alat ini dilengkapi dengan sejumlah pegas yang disusun sejajar.

Pegaspegas ini dihubungkan ke gerbong kereta api saat kereta akan

bergerak. Hal ini di lakukan untuk diukur gaya tarik kereta api sesaat

sebelum meninggalkan stasiun.

2. Peredam Getaran atau Goncangan Pada Mobil

Penyangga badan mobil selalu dilengkapi pegas yang

kuat sehingga goncangan yang terjadi pada saat mobil

melewati jalan yang tidak rata dapat diredam. Dengan

demikian, keseimbangan mobil dapat dikendalikan.

3. Peranan Sifat Elastis Dalam Rancang Bangun

Untuk menentukan jenis logam yang akan digunakan dalam

membangun sebuah jembatan, pesawat, rumah, dan sebagainya maka

modulus Young, tetapan pegas, dan sifat elastis, logam secara umum harus

diperhitungkan.

4. Contoh-Contoh Pemanfaatan Sifat Elastis dalam Olahraga

Di bidang olahraga, sifat elastis bahan diterapkan, antara lain, pada

papan loncatan pada cabang olah raga loncat indah dan tali busur pada

olahraga panahan. Karena adanya papan yang memberikan gaya Hooke pada

atlit, maka atlit dapat meloncat lebih tinggi daripada tanpa papan.

Sedangkan tali busur memberikan gaya pegas pada busur dan anak panah.

1. Kecendrungan pada suatu bahan untuk berubah dalam bentuk baik panjang,

lebar, maupun tinggi dengan massa yang tetap, yang disebabkan oleh gaya-gaya

yang menekan atau menariknya dan akan kembali ke bentuk semula pada saat

gaya yang bekerja pada bahan ditiadakan. Pernyataan di atas merupakan

pengerttian dari…

a. Elatistas

b. Sifat elastis

c. Sifat plastis

d. Modulus young

e. Tegangan dan regangan

2. Perhatikan pernyataan dibawah ini !

I. Pegas

II. Karet

III. Plastisin

IV. Tanah liat

Dari pernyataan di atas, yang termasuk bahan elastis adalah…

a. I,II

b. I,III

c. I,IV

d. II,IV

e. IV

EVALUASI

3. Sebuah balok 10 kg dikaitkan pada sebuah kawat yang memiliki luas penampang

2,4 mm2. Jika g = 9,8 ms-2, tegangan yang dialami kawat tersebut adalah….

a. 4,09x107 Nm-2

b. 4,17x 107 Nm-2

c. 5,10x 107 Nm-2

d. 5,27x 107 Nm-2

e. 5,79x 107 Nm-2

4. Kawat logam panjangnya 80 cm dan luas penampang 4 cm2. Ujung yang satu

diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 50 N. Ternyata

panjangnya menjadi 82 cm. Regangan (strain) kawat adalah…

a. 0,5.10-2

b. 1,5.10-2

c. 2,5.10-2

d. 3,5.10-2

e. 4,5.10-2

5. Sobat punya sebuah kawat dengan luas penampang 2 mm2, kemudian

diregangkan oleh gaya sebesar 5,4 N sehingga bertambah panjang sebesar 5

cm. Bila panjang kawat mula-mula adalah 30 cm, berpakah modulus elastisitas

dari kawat tersebut?

a. 1,53 x 106 N/m2

b. 1,3 x 106 N/m2

c. 1,65 x 106 N/m2

d. 1,62 x 106 N/m2

6. Dua buah kawat x dan y panjangnya masing-masing 1 m dan 2 m ditarik dengan

gaya yang sama sehingga terjadi pertambahan panjang masing-masing 0,5 mm

dan 1 mm. Jika diameter kawat y dua kali diameter kawat x, maka perbandingan

modulus young kawat x terhadap kawat y adalah …..

a. 1 : 1

b. 1 : 2

c. 1 : 4

d. 2 : 1

e. 4 : 1

7. Sebuah batan besi yang panjangnya 2 m, penampangnya berukuran 4 mm x 2

mm. Modulus elastisitas besi tersebut adalah 105 N/mm2. Jika pada ujung

batang ditarik dengan gaya 40 N. Berapa pertambahan panjang besi tersebut?

a. 1 mm

b. 0,1 mm

c. 0,01 mm

d. 0,001 mm

8. Seorang anak yang massanya 50 kg bergantung pada ujung sebuah pegas

sehingga pegas bertambah panjang 10 cm. Tetapan pegas bernilai...

A. 500 N/m

B. 5 N

C. 50 N/m

D. 20 N/m

E. 5000 N/m

9. Untuk meregangkan sebuah pegas sebesar 4 cm diperlukan usaha 0,16 J. Gaya

yang diperlukan untuk meregangkan pegas tersebut sepanjang 2 cm diperlukan

gaya sebesar...

A. 0,8 N

B. 1,6 N

C. 2,4 N

D. 3,2 N

E. 4,0 N

10. Dua pegas identic dirangkai seperti pada gambar di bawah ini!

Hitunglah nilai konstanta pengganti dari gambar dua pegas identic di atas, jika

diketahui nilai k = 400 N/m2.

a. 100N/m

b. 200N/m

c. 300N/m

d. 400N/m

e. 500N/m

1.

2.

3.

4.

5.

RESPON

DAFTAR PUSTAKA

Kainginan, marthen. 2013. Fisika untuk SMA/MA kelas XI kelompok peminatan

matematika dan ilmu alam. Jakarta : Erlangga.

Handayani, Sri Dkk. 2009. Fisika untuk SMA dan MA kelas XI. Jakarta: CV. Adi

Perkasa.

Sarwono Dkk. 2009. FISIKA 2 mudah dan sederhana untuk SMA/MA kelas XI.

Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

Widodo,tri. 2009. Fisika untuk SMA/MA kelas XI. Jakarta : Pusat Perbukuan,

Departemen Pendidikan Nasional.