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
|
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.
|
|||
|
|||
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 Fe, yang besarnya sebanding dengan
pertambahan panjang pegas x, sehingga Fe dapat 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.
Maka kita akan
memperoleh rumus umum tetapan gaya benda elastis k.
DAFTAR REFERENSI
Foster, Bob.2003.Terpadu Fisika SMU Kelas
3. Bandung : Erlangga.
Kanginan,
Marthen. 2008. Seribu Pena Fisika SMA Kelas XI. Jakarta : Erlangga.
Supiyanto. 2007. Fisika Untuk SMA
Kelas XI. Jakarta : PHiβETA.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar