BELAJAR FISIKA: ELASTISITAS

ELASTISITAS

Ketika kita mendengar kata elastis, biasanya yang terlintas dalam pikiran kita adalah karet atau pegas. Karet atau pegas memang merupakan benda elastis yang sering kita jumpai dan sangat membantu dalam kehidupan sehari-hari. Sekarang banyangkan sebuah karet gelang yang direntangkan. Apabila dilepas, bentuknya akan kembali seperti semula. Hal ini juga akan terjadi pada pegas yang direntangkan yang kemudian dilepas.

Sifat benda yang dapat kembali ke bentuk semula disebut benda elastis. Benda-benda yang mempunyai elastisitas atau sifat elastis seperti karet gelang, pegas, pelat logam, dan sebagainya disebut benda elastis.

Sifat yang berbeda akan erjadi jika pada bola yang terbuat dari tanah liat kita berikan suatu gaya. Setelah gaya dihilangkan, bentuk benda tidak dapat kembali ke bentuk semula. Sifat suatu benda yang tidak dapat kembali ke bentuk semula atau tidak bersifat elastis disebut plastis. Benda yang mempunyai plastisitas atau bersifat plastis seperti plastisin (lilin mainan), tanah liat, dan sebagainya disebut benda plastik.

Jadi elastisitas adalah sifat fisis suatu benda yang membuatnya memiliki kecendrungan untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya (tarik maupun dorong) dihilangkan. Benda yang dapat kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan disebut benda elastis.

Pada umumnya setiap benda yang mempunyai sifat elastis juga mempunyai sifat plastis. Apabila pegas direntangkan dengan gaya yang lebih besar, maka pada saat tertentu akan terjadi keadaan dimana pegas tidak dapat kembali ke bentuk semula. Dalam keadaan ini berarti batas elastisitas benda sudah terlampaui. Jika gaya kita perbesar terus, benda akan menjalani sifat plastis hingga pada titik tertentu dimana pegas akan patah.

A. TEGANGAN DAN REGANGAN

Gambar 1 Perubahan bentuk benda akibat pengaruh suatu gaya

Secara sederhana dapat kita bedakan tiga jenis perubahan bentuk benda yaitu rentangan, mampatan, dan geseran. Ketiga jenis perubahan itu di tunjukkan pada gambar berikut.

Untuk tiap jenis prubahan bentuk benda kita akan memperkenalkan besaran yang disebut tegangan. Dan tegangan menunjukkan kekuatan gaya yang menyebabkan perubahan bentuk benda. Tegangan yang terjadi pada rentangan disebut tegangan rentang atau tegangan tarik. Tegangan yang terjadi pada mampatan disebut tegangan mampat, sedangkan tegangan yang terjadi pada geseran disebut tegangan geser.

Kita perlu memperkenalkan besaran lain yang menggambarkan hasil perubahan bentuk, yaitu regangan. Ketika tegangan dan regangan cukup kecil, kita sering menemukan bahwa kedua besaran tersebut sebanding dan kita menyebut konstanta perbandingan sebagai modulus elastisitas, yang dapat dirumuskan sebagai berikut.

Gambar 2 Tegangan rentang pada batang yang luas penampangnya A akibat gaya sebesar F

Gambar 3 Regangan yang terjadi pada batang

Perilaku elastis yang paling sederhana untuk dipahami adalah rentangan yang terjadi pada batang, tali, atau kawat ketika ujungnya ditarik. gambar 2 menunjukkan sebuah batang yang luas penampangnya A ditarik dengan gaya F pada kedua ujungnya. Kita mengatakan bahwa batang dalam tegangan. Tegangan kita definisikan sebagai perbandingan gaya F dan luas penampang A,

Dalam SI, tegangan memiliki satuan N/m² atau Pa (pascal). Gambar 3 menunjukkan batang yang memiliki panjang mula-mula L₀ dan mengalami rentangan menjadi delta L ketika gaya F yang besarnya sama dan arahnya berlawanan diterapkan pada ujung-ujungnya. Pertambahan panjang yang terjadi tidak hanya pada ujungnya, tetapi pada setiap bagian batang merentang dengan perbandingan sama. Regangan didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang (delta L) dan panjang mula-mula (L nol)

Karena merupakan hasil bagi dua besaran yang berdimensi sama, maka regangan tidak memiliki satuan.

Eksperimen menunjukkan bahwa untuk rentangan yang cukup kecil, tegangan dan regangan adalah sebanding. Modulus elastis yang terkait dengan rentangan ini disebut modulus young dan dinyatakan dengan huruf Y.

Karena regangan tanpa satuan, maka modulus young mempunyai satuan yang sama dengan satuan tegangan yaitu N/m² atau Pa. Nilai modulus young beberapa bahan terdaftar dalam tabel berikut.

Modulus Young
Bahan	Modulus Young (Pa)
Timbal	1,6 x 10¹⁰
Kaca kerona	6,0 x 10¹⁰
Aluminium	7,0 x 10¹⁰
Kuningan	9,0 x 10¹⁰
Baja	20 x 10¹⁰
Nikel	21 x 10¹⁰
Besi	21 x 10¹⁰

Semakin besar nilai Y berarti semakin sulit suatu benda untuk merentang dalam pengaruh gaya yang sama. Sebagai contoh, nilai Y baja 2 x 10¹¹ Pa jauh lebih besar dari nilai Y karet 5 x 10⁸ Pa sehingga baja lebih sulit merentang daripada karet bila pada masing-masing benda diterapkan gaya yang besarnya sama.

B. HUKUM HOOKE

1. Gaya elastis benda

Besar gaya tarik atau gaya tekan yang diberikan pada benda elastis adalah berbanding lurus dengan pertambahan panjang benda elastis x pada daerah elastis benda tersebut. pada daerah elastis linier, F sebanding dengan x. Hal ini dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut.

Dengan

= gaya yang dikerjakan pada benda elastis (N)

= konstanta benda elastis (N/m)

= pertambahan panjang benda elastis (m)

Pada waktu benda elastis ditarik dengan gaya F, benda tersebut mengadakan gaya yang besarnya sama dengan gaya yang menarik, tetapi arahnya berlawanan (

). Jika gaya ini kita sebut dengan gaya elastis F_e, yang besarnya sebanding dengan pertambahan panjang pegas x, sehingga F_edapat dirumuskan sebagai

Persamaan-persamaan di atas secara umum dapat dinyatakan dalam kalimat yang disebut hukum Hooke. Bunyi hukum Hooke adalah sebagai berikut.

“Pada daerah elastisitas benda, gaya yang bekerja pada benda sebanding dengan pertambahan panjang benda”.

Sifat benda yang elastis seperti yang dinyatakan oleh hukum Hooke tidak terbatas pada benda yang diregangkan. Pada benda elastis seperti pada pegas yang dimampatkan juga berlaku hukum Hooke, selama pegas masih pada daerah elastisitasnya. Sifat pegas seperti itu banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada neraca pegas, bagian-bagian mesin, dan pada kendaraan bermotor modern (pegas sebagai peredam kejut). Dapatkah anda menyebutkan dan menjelaskan contoh-contoh penggunaan sifat pegas lainnya?

2. Tetapan Gaya Benda Elastis

Kita telah mengetahui hubungan antara gaya tarik F dan modulus elastis E yang dinyatakan dalam persamaan berikut.

Dengan mengolah persamaan di atas sehingga hanya gaya tarik F yang berada di ruas kiri, kita identikkan persamaan tersebut dengan persamaan hukum Hooke, yaitu sebagai berikut.