Elastisitas-Materi Fisika SMA

Materi elastisitas dan hukum Hooke ini saya update ya teman-teman, saya coba lengkapi materi ini karena sebelumnya saya tidak banyak bahas mengenai elastisitas pegas dan hukum Hooke. Semoga bisa bermanfaat untuk teman-teman yang sedang sekolah online. Materi elastisitas ini akan teman-teman pelajari di kelas 11 SMA. Biasanya materi elastisitas berhubungan dengan pegas dan hukum Hooke. Pegas merupakan contoh benda yang memiliki sifat elastis dan hukum Hooke yang menjelaskan sifat elastis tersebut. Selamat membaca!

Elastis merupakan sifat yang dimiliki karet.

Pengertian Elastisitas

Pertama-tama yuk kita bahas dahulu pengertian elastisitas. Elastisitas adalah kemampuan yang dimiliki benda untuk kembali ke kondisi semula ketika gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Untuk memahami pengertian elastisitas mari kita bayangkan peristiwa berikut. Misalnya kalian memegang karet gelang, kemudian kalian tarik gelang tersebut. Tarikan yang diberikan sewajarnya saja yah. Lalu kalian lepaskan kembali karet tersebut dan amati yang terjadi! Karetnya kembali ke bentuk semula bukan? Nah, teman-teman itulah contoh elastisitas pada karet.

Jika kita tinjau percobaan yang kalian lakukan dengan pengertian elastisitas maka bisa kita lihat bahwa karet merupakan benda yang memiliki elastisitas. Lalu ketika kita menarik karet artinya kita memberikan gaya pada karet tersebut. Kemudian ketika melepas karet artinya kita menghilangkan gaya yang diberikan pada karet sehingga karet dapat kembali ke bentuk semula. Benda yang bersifat elastis ini tidak hanya karet, tetapi masih banyak lagi, misalnya saja pegas, per, spons cuci piring, slinki, balon, dll. Sebagai catatan, setiap benda memiliki sifat elastisitas yang beragam bahkan ada batas gaya tertentu yang diberikan agar sifat elastis benda tidak hilang.

Kebalikan dari sifat benda elastis adalah plastis. Benda yang tidak memiliki kemampuan untuk kembali lagi ke kondisi awalnya saat gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan disebut plastis. Contoh benda-benda yang bersifat plastis, yaitu plastisin, tanah liat, plastik, batu, kayu, dll. Nah, teman-teman benda yang elastis pun tidak selamanya bisa elastis ya, seperti yang saya sebutkan sebelumnya, pada kondisi tertentu benda elastis bisa menjadi plastis. Kok bisa ya? Yuk baca bagian selanjutnya biar tidak penasaran jawabannya!

Grafik Hubungan Gaya dan Pertambahan Panjang

Gambar di atas merupakan grafik gaya terhadap pertambahan panjang suatu benda elastis. Gambar tersebut saya ambil dari blog https://fisikakontekstual.com. Grafik di atas sudah lengkap sekali komponen-komponennya. Pertama kita bahas dahulu dua daerah deformasi. Pada grafik tersebut terlihat bahwa terdapat 2 daerah deformasi, yaitu deformasi elastis dan plastis. Apabila gaya yang diberikan masih berada dalam batas kemampuan bahan, bahan akan kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan. Hal tersebut dinamakan deformasi elastis. Namun, apabila gaya yang diberikan melebihi batas kemampuan bahan maka, bahan akan kehilangan kemampuan untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan. Deformasi plastis adalah fasa ketika perubahan ukuran bahan telah menjadi permanen dan tidak dapat kembali lagi.

Pada daerah deformasi elastis terdapat bagian grafik yang memiliki hubungan antara besaran gaya dan pertambahan panjang berbanding lurus atau linear. Pada bagian linear ini berlaku Hukum Hooke yang akan kita bahas selanjutnya. Daerah deformasi elastis dan plastis dipisahkan oleh titik B yang merupakan batas elastis. Sedangkan pada daerah deformasi plastis terdapat titik patah yang merupakan titik di mana kondisi benda patah akibat gaya yang diberikan sudah melebihi ketahanan benda tersebut.

Bagi teman-teman yang masih bingung terkait gambar ini, saya coba beri contoh kejadian sehari-hari. Misalnya teman-teman mempunyai karet lalu kalian tarik dengan kekuatan yang wajar. Setelah kalian lepas, karet akan kembali ke bentuk semula. Namun, ketika kalian pakai karet tersebut untuk mengikat sesuatu sehingga kalian tarik cukup kuat karet tersebut. Apa yang terjadi pada karet tersebut? Yup, karetnya sudah melar kan ya, nah itu artinya karet sudah tidak elastis atau menjadi plastis. Selanjutnya, jika kalian tarik terus karet tersebut maka, pada suatu saat karet akan putus. Pada saat inilah karet mencapai titik patahnya. Semoga bisa terpahami yaa melalui contoh ini.

Tegangan dan Regangan

Terdapat 3 cara perubahan bentuk bahan berdasarkan gaya yang diberikan: perpanjangan, pergeseran, dan pemampatan. Ketiga deformasi tersebut memiliki kesamaan, yaitu bahwa gaya pendeformasi (stress) menghasilkan sebuah deformasi (strain). Gaya dan perubahan bentuk ketiga kasus berbeda, namun nilai mereka berdua proporsional satu dengan yang lain.

Tegangan

Tegangan (σ) adalah perbandingan antara gaya yang diberikan terhadap luas permukaan bahan yang diberikan gaya. Secara matematis tegangan dapat dirumuskan sebagai:

σ = F/A

Regangan

Regangan (ε) adalah perbandingan perubahan ukuran terhadap ukuran awal bahan. Setiap jenis perubahan bentuk memiliki perumusan yang berbeda.

ε = ΔL/L (perpanjangan)

ε = Δx/L (pergeseran)

ε = ΔV/V (pemampatan)

Modulus Elastisitas

Tegangan dan regangan memiliki konstanta proporsionalitas. Konstanta proporsionalitas tersebut dikenal dengan istilah modulus elastisitas yang secara umum dirumuskan sebagai:

modulus = tegangan / regangan

Perpanjangan (1-D)

Perpanjangan adalah kasus sederhana, yaitu perubahan dimensi yang sejajar dengan gaya yang sejajar terhadap dimensi bahan. Gaya yang diberikan tegak lurus terhadap luas permukaan bahan. Modulus untuk kasus perpanjangan disebut modulus Young (E) yang dirumuskan menjadi

E = σ/ε = (F/A) / (ΔL/L ) = FL/AΔL

Pergeseran (2-D)

Pada pergeseran, gaya diberikan pada bidang datar yang menghasilkan perubahan bentuk yang tegak lurus dengan panjang bahan. Modulus untuk kasus pergeseran disebut modulus geser (M) yang dirumuskan menjadi

M = (F/A) / (Δx/L )

Pemampatan (3-D)

Pemampatan dirumuskan sebagai berikut: