Hukum Hooke | Materi fisika kelas 11

Sebuah pegas ketika diberikan gaya (ditarik atau ditekan) akan kembali ke keadaan awal sesaat setelah gaya tersebut dihilangkan, hal yang sama juga berlaku untuk benda – benda yang bersifat elastis dan keadaan ini berlaku selama masih pada daerah elastis. Berdasarkan fenomena ini pada tahun 1976, seorang fisikawan bernama Robert Hooke mengemukakan hukum Hooke yang menyatakan bahwa “besarnya gaya yang diperlukan untuk meregangkan atau merapatkan sebuah pegas (gaya pegas) sama besar dengan besarnya gaya yang digunakan untuk meregangkan atau merapatkan pegas tersebut sejaub x”. Secara matematis hukum Hooke dapat ditulis

Keterangan :
F_p = gaya pegas (N)
k = Konstanta pegas (N/m)
x = perubahan panjang pegas (m)

konstanta pegas merupakan suatu nilai yang bergantung dari jenis pegas yang digunakan, konstanta pegas ini berbanding terbalik dengan perubahan panjang pegas secara matematis dapat dijelaskan bahwa semakin besar konstanta pegas berbanding terbalik dengan perubahan panjang pegas. Hal ini juga mengandung makna bahwa semakin besar konstanta pegas maka benda semakin susah untuk berubah panjangnya atau dibutuhkan gaya yang lebih besar ketika ingin mengubah panjang pegas atau dapat pula dikatakan bahwa pegas tersebut semakin bersifat tidak elastis.
Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya pegas arahnya selalu berlawanan dengan arah perpindahannya dari titik kesetimbangan, gaya pegas juga berfungsi untuk memulihkan panjang pegas kembali ke bentuk semula, oleh karena itu gaya pegas sering juga disebut dengan gaya pemulih.
Penting
Beberapa buku menuliskan rumus di atas tanpa tanda negatif (F = kΔx), hal ini dikarenakan gaya yang dimaksud pada persamaan tersebut bukan gaya pegas akan tetapi gaya luar yang dikerjakan pada pegas tersebut. Antara gaya pegas dan gaya luar yang dikerjakan ini memang besarnya sama akan tetapi arahnya berlawanan jadi jangan sampai bingung ketika melihat kedua rumus tersebut.

Gambar 6. Ilustrasi gaya pegas atau gaya pemulih
(sumber: Principle of Physics)

Perhatikan sebuah benda yang terhubung dengan sebuah pegas dengan salah satu ujungnya menempel di tembok, ketika balok bergerak ke kanan (x < 0) dan menarik pegas (gambar 6a) sehingga pegas menjadi lebih panjang maka arah gaya pegas akan ke kiri. Ketika balok berada pada titik kesetimbangan (gambar 6b) gaya pegas bernilai nol (x = 0), dan ketika balok bergerak ke kiri (x < 0) menekan pegas (gambar 6c) sehingga pegas menjadi lebih pendek maka gaya pegas memiliki arah ke kanan. Sehingga dari hasil mengamati gambar tersebut kita mengetahui bahwa gaya pegas berfungsi untuk mengembalikan pegas ke posisi awalnya atau posisi kesetimbangan. Hubungan antara gaya pegas dan perubahan panjang dapat pula dilihat dari grafik di bawah ini.

Gambar 7. (a) grafik hubungan antara gaya pegas dengan perubahan panjang pegas, (b) grafik hubungan antara gaya F dengan perubahan panjang pegas, (s) grafik hubungan antara gaya F dengan perubahan panjang pegas untuk beberapa pegas

Perhatikan gambar di atas, gambar 7a menunjukkan hubungan antara gaya pegas dengan perubahan panjang pegas, ketika perubahan panjang pegas bernilai negatif (x < 0 ) maka gaya pegas bernilai positif (F_p > 0) sedangkan ketika perubahan panjang pegas bernilai positif (x > 0) maka gaya pegas bernilai negatif (F_p < 0), nilai perubahan panjang pegas berlawanan dengan nilai gaya pegas hal ini sesuai dengan persamaan di atas dengan tanda minus (-). Gambar 7b sedikit berbeda dengan gambar 7a yakni terletak gaya yang digambarkan, pada grafik 7a gaya yang digambarkan dalam grafik merupakan gaya pegas (gaya pemulih) sedangkan pada grafik 7b gaya yang digambarkan dalam grafik merupakan gaya yang dikerjakan pada pegas yang sesuai dengan persamaan F = kx (tanpa tanda minus) sehingga terlihat bahwa gaya sebanding dengan perubahan panjang pegas, semakin besar gaya yang bekerja maka semakin besar pula perubahan panjang pegasnya. Jika kita analisis lebih lanjut grafik pada gambar 7b merupakan grafik berbentuk garis lurus (linier) yang mana secara matematis memiliki persamaan umum y = mx dimana m merupakan gradien dari grafik tersebut, apabila kita hubungkan antara persamaan garis lurus ini dengan persamaan hukum hooke maka
y = mx → F = kx
kedua persamaan di atas menunjukkan adanya kesesuaian dimana gaya F dianalogikan sebagai sumbu y, perubahan panjang pegas x dianalogikan sebagai sumbu x dan konstanta pegas k dianalogikan sebagai gradien grafik m. Grafik 7c menunjukkan grafik hubungan antara gaya yang bekerja dengan perubahan panjang untuk empat buah pegas, terlihat bahwa perbedaan dari semua grafik tersebut terletak pada kemiringannya (atau gradien), sehingga dengan menggunakan analisis gradien seperti di atas kita dapat mengatakan bahwa semakin curam grafiknya (gradiennya semakin besar) maka nilai konstanta pegasnya juga semakin besar yang artinya pegas tersebut semakin tidak elastis, begitu pula sebaliknya semakin landai grafiknya (gradien semakin kecil) maka nilai konstanta pegasnya semakin kecil yang artinya pegas tersebut semakin bersifat elastis. Jadi jika diurutkan berdasarkan nilai konstanta pegasnya dari terbesar ke terkecil maka k₁ > k₂ > k₃ > k₄.

Hubungan antara hukum Hooke dengan Modulus Young

Pada dasarnya baik hukum Hooke dan modulus Young sama-sama berkaitan dengan sifat elastisitas benda, tetapan pegas k berlaku untuk benda – benda elastis yang masih di daerah elastisnya (perhatikan kembali grafik hubungan antara tegangan dan regangan). persamaan hukum Hooke dan persamaan modulus Young memiliki hubungan yang saling berkaitan, jika kita telaah kembali persamaan pada modulus Young dapat kita tulis

Berdasarkan kedua persamaan di atas, maka kita dapat menuliskan persamaan untuk konstanta pegas adalah sebagai berikut

Keterangan :
k = konstanta pegas (N/m)
L = panjang benda (m)
E = Modulus Young (N/m²)
A = luas penampang (m²)
(luas penampang umumnya A = πr² , dimana r adalah jari-jari)

Hukum Hooke pada susunan pegas

Susunan pegas seri

Susunan pegas seri tampak seperti di atas dimana dua buah pegas yang masing-masing memiliki konstanta pegas k₁ dan k₂ disusun secara memanjang dengan satu sisinya saling bartauan (gambar kiri) memiliki konstanta yang identik dengan sebuah pegas dengan konstanta pegas sebesar ks (nilai ini disebut dengan konstanta pengganti), karakteristik dari pegas yang dirangkai secara seri adalah

1. Gaya total yang bekerja pada sistem sama dengan Gaya yang bekerja pada masing – masing pegas
F_tot = F₁ = F₂ = ... = F_n
2. Pertambahan panjang total sistem pegas adalah hasil penjumlahan pertambahan panjang masing – masing pegas
x_tot = x₁ + x₂ + ... + x_n
3. Konstanta pengganti susunan seri pegas (k_s) dapat ditentukan dengan cara

khusus dua pegas identik yang dirangkai seri untuk menentukan konstanta penggantinya, persamaan di atas dapat ditulis

khusus untuk "n" buah pegas identik dirangkai seri, dalam menentukan konstanta penggantinya persamaan di atas dapat ditulis

Dimana “n” adalah jumlah pegas yang dirangkai seri

Susunan pegas paralel

Susunan pegas paralel tampak seperti di atas dimana dua buah pegas yang masing-masing memiliki konstanta pegas k₁ dan k₂ disusun secara sejajar dengan kedua sisinya saling bartauan (gambar kiri) memiliki konstanta yang identik dengan sebuah pegas dengan konstanta pegas sebesar kp (nilai ini disebut dengan konstanta pengganti), karakteristik dari pegas yang dirangkai secara paralel adalah

1. gaya total yang bekerja pada sistem merupakan hasil penjumlahan dari gaya yang bekerja pada masing – masing pegas
F_tot = F₁ + F₂ + ... + F_n
2. pertambahan panjang pegas total sistem sama dengan pertambahan panjang masing – masing pegas
x_tot = x₁ = x₂ = ... = x_n
3. Konstanta pengganti susunan paralel pegas (k_p) dapat ditentukan dengan cara

Khusus untuk "n" buah pegas identik disusun paralel maka untuk menentukan konstanta pegas penggantinya persamaan di atas dapat ditulis

Dengan “n” sama dengan jumlah pegas yang disusun paralel

Penting

Perhatikan kembali karakteristik antara susunan pegas secara seri dan paralel ternyata memiliki karakteristik yang saling berlawanan, jika pada susunan pegas seri gaya totalnya sama dengan gaya pada masing – masing pegas, maka pada susunan pegas paralel pertambahan panjang pegas totalnya yang sama dengan pertambahan panjang pada masing – masing pegas. Untuk lebih memahami materi ini silahkan dilihat latihan soal tentang elastisitas

Elastisitas | Materi Fisika Kelas 11

ketika kita menarik karet atau melihat pegas yang ditekan, keduanya akan kembali ke bentuk semula ketika tarikan pada karet dilepaskan atau tekanan pada pegas dilepaskan. Kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan dihilangkan disebut dengan elastisitas atau sifat elastis bendanya disebut dengan benda elastis. Semakin elastis suatu benda maka kecepatan benda tersebut kembali ke bentuk semula akan semakin cepat, akan tetapi pada kondisi tertentu benda – benda tersebut tidak mampu kembali ke bentuknya meskipun gaya luar yang dikerjakan sudah dihilangkan.

Berbeda dengan pada karet atau pegas, jika kita memberikan gaya kepada plastisin, maka plastisin tidak dapat segera kembali ke bentuk semula. Benda – benda yang seperti ini disebut dengan benda tidak elastis atau benda plastis. Baik benda elastis maupun benda plastis sama – sama memiliki fungsi dan kegunaan tersendiri, Pada kesempatan kali ini kita akan membahas tentang elastisitas suatu benda, faktor – faktor yang mempengaruhinya, kapan benda tersebut tidak dapat kembali ke bentuk semula (tidak elastis lagi). Untuk itu silahkan melanjutkan pembahasan singkat di bawah ini.

Analisis DImensi | Materi Fisika kelas 10

Analisis Dimensi

Seperti yang telah dijelaskan pada bagian besaran dan satuan sebelumnya, bahwa besaran turunan memiliki lebih dari satu satuan yang terbentuk dari dua atau lebih besaran pokok. Satuan – satuan ini menunjukkan faktor penyusun dari suatu besaran turunan tersebut, permasalahannya adalah terkadang satuan yang digunakan di suatu negara tidak sama dengan negara lain sehingga diperlukan sebuah acuan standar untuk mengetahui faktor-faktor dari penyusun suatu besaran turunan. Berdasarkan hal tersebut dibuatlah sebuah cara untuk melihat faktor – faktor untuk menyatakan suatu besaran turunan yang disebut Dimensi. Jadi dengan analisis dimensi kita bisa langsung mengetahui kombinasi besaran-besaran pokok yang menyusun besaran turunan. Dalam penulisan dimensi suatu besaran X misalnya, kita harus meletakkannya di dalam tanda kurung persegi seperti berikut [X]. Dimensi untuk ketujuh besaran pokok dapat dilihat pada tabel berikut

Tabel 5. Dimensi besaran-besaran pokok

Notasi Ilmiah | Materi Fisika Kelas 10

Notasi Ilmiah

Dalam mempelajari fisika, ke depannya kita akan sering sekali berinteraksi dengan bilangan – bilangan yang sangat besar atau sangat kecil misalkan konstanta planck, jarak bumi ke matahari, massa elektron, ataupun jari-jari atom. Jika kita menuliskan bilangan tersebut secara langsung maka akan terlalu panjang dan mengalami kesulitan, oleh karena ini disusunlah suatu cara penulisan yang disebut dengan Notasi ilmiah. Notasi ilmiah merupakan salah satu cara penulisan bilangan secara ilmiah, yang mana akan memudahkan kita dalam penulisan bilangan yang sangat besar atau sangat kecil.
Penulisan notasi ilmiah sering juga disebut dengan penulisan menggunakan bilangan 10 pangkat, karena akan menggunakan faktor pengali 10 pangkat dan dalam penulisannya bilangan pokoknya terletak antara 1 sampai 9,9999. Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh berikut.

Materi Fisika | Besaran dan Satuan

Fisika merupakan salah satu mata pelajaran yang mempelajari tentang gejala – gejala alam yang ada di sekitar kita. Dalam rangka mempelajari gejala – gejala alam tersebut, fisika menggunakan metode eksperimen dan perhitungan matematis. Objek pengamatan fisika diidentifikasi dengan menggunakan angka – angka dari suatu fenomena alam yang terjadi kemudian dikembangkan sehingga tercipta sebuah teori yang dapat digunakan untuk memprediksi hasil suatu eksperimen. Teori – teori fisika biasanya diekspresikan dalam bahasa matematis yang sering kita sebut dengan “rumus atau persamaan matematis”, yang mana rumus tersebut akan menghubungkan antara teori dengan eksperimen sehingga menjadi dasar ketika akan dikembangkan di masa yang akan datang.
Dalam melakukan eksperimen, kita membutuhkan suatu ukuran dan angka untuk mendeskripsikan ukuran tersebut, oleh karena itu dalam fisika dikenal suatu istilah yakni besaran dan satuan. Keduanya ini merupakan suatu konsep yang penting ketika mempelajari fenomena – fenomena yang terjadi di sekitar dan di dalam ilmu fisika untuk menganalisis suatu permasalahan tidak dapat dipisahkan dari besaran dan satuan.

Latihan soal dan pembahasan | Kalor (Fisika kelas 7)

kalor merupakan salah satu materi fisika yang dipelajari di kelas 7 semester 1, agar para pembaca lebih memahami materi tentang kalor, maka disini saya akan membahas beberapa latihan soal yang disertai dengan pembahasannya tentang materi kalor, selamat menikmati

Soal nomor 1

Sebongkah es akan dipanaskan sampai berubah menjadi air yang berwujud cair, selanjutnya air akan berubah menjadi uap yang berwujud gas, jika kalor terus diberikan. Hal tersebut membuktikan bahwa ....
A. Adanya kalor pada benda
B. Kalor dapat mengubah wujud zat
C. Kalor dapat pindah ke benda
D. Adanya perpindahan kalor pada setiap zat

Gerak Parabola | Materi Fisika kelas 10

Lintasan kembang api pada jembatan yang berbentuk parabola

Gerak parabola merupakan gerak benda dengan lintasan yang berbentuk parabola, gerak parabola ini termasuk dalam gerak benda pada dua dimensi yang merupakan perpaduan antara gerak lurus beraturan (GLB) dengan gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Salah satu contoh gerak parabola dapat dilihat seperti pada gambar di atas, gerak kembang api yang memancar dari atas sebuah jembatan membentuk sebuah lengkungan yang berbentuk parabola. untuk mengetahui lebih lanjut terkait dengan gerak parabola, ikuti penjelasan di bawah ini

Penurunan rumus koefisien restitusi (e) | konsep fisika

Dalam materi tentang impuls momentum, kita mengenal sebuah istilah yang disebut dengan “koefisien restitusi” yang mana koefisien restitusi merupakan negatif perbandingan antara kecepatan relatif sesaat sesudah tumbukan dengan kecepatan relatif sesaat sebelum tumbukan pada tumbukan satu dimensi. Selain itu dapat pula di katakan bahwa koefisien restitusi menunjukkan “tingkat terpantul” benda setelah tumbukan, semakin besar koefisien restitusinya maka tingkat terpantulnya juga akan semakin besar jadi kedua benda setelah bertumbukan akan semakin terpantul atau kehilangan energi kinetiknya semakin kecil, sebaliknya semakin kecil koefisien restitusinya maka tingkat terpantul benda setelah tumbukan semakin kecil atau kehilangan energi kinetiknya akan semakin besar. nilai koefisien restitusi terbesar adalah 1 dan terkecil adalah 0, berdasarkan nilai koefisien restitusi ini kita dapat membedakan tumbukan menjadi tiga jenis yakni tumbukan lenting sempurna, tumbukan lenting sebagian, dan tumbukan tidak lenting sama sekali.
Tumbukan lenting sempurna memiliki nilai koefisien restitusi paling besar yaitu bernilai 1 (e = 1) hal ini menunjukkan benda setelah bertumbukan akan saling terpantul dengan maksimal dan tidak ada kehilangan energi kinetik sehingga pada tumbukan lenting sempurna berlaku hukum kekekalan energi kinetik, tumbukan lenting sebagian memiliki nilai koefisien restitusi yang bervariasi antara 0 sampai 1 (0 < e < 1) yang mana pengaruh besar kecilnya koefisien restitusi ini sudah di jelaskan di atas, sedangkan untuk tumbukan tidak lenting sama sekali memiliki nilai koefisien restitusi sama dengan 0 (e = 0) hal ini menunjukkan kedua benda setelah bertumbukan tidak akan terpantul, akan tetapi bergerak bersama – sama. untuk lebih memahami materi tentang tumbukan bisa di baca di sini.

Latihan soal dan pembahasan UTBK SBMPTN 2021 | Fisika (part 2)

Latihan soal ini dibuat dalam rangka untuk persiapan teman – teman yang akan mengikuti UTBK khususnya yang memilih peminatan SAINTEK, dalam artikel ini soal akan disediakan secara online sehingga teman – teman bisa mencobanya terlebih dahulu. Sedangkan pembahasannya akan tersedia di bawah soal. Sebelum mengerjakan soal latihan UTBK Fisika ini, perhatikan terlebih dahulu petunjuk pengerjaannya yakni
Petunjuk A :
Pilihlah satu jawaban yang paling tepat
Petunjuk B :
Soal terdiri dari tiga bagian, yaitu pernyataan, kata sebab dan alasan yang disusun secara berurutan.
Pilihlah :

1. Jika pernyataan benar, alasan benar, dan keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat
2. Jika pernyataan benar dan alasan benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat
3. Jika pernyataan benar dan alasan salah
4. Jika pernyataan salah dan alasan benar
5. Jika pernyataan dan alasan keduanya salah

Petunjuk C :
Pilihlah :

1. Jika (1), (2), dan (3) yang benar.
2. Jika (1) dan (3) yang benar.
3. Jika (2) dan (4) yang benar.
4. Jika hanya (4) yang benar.
5. Jika semuanya benar.

Latihan soal dan pembahasan UTBK SBMPTN | Fisika (part 1)

Latihan soal ini dibuat dalam rangka untuk persiapan teman – teman yang akan mengikuti UTBK khususnya yang memilih peminatan SAINTEK, dalam artikel ini soal akan disediakan secara online sehingga teman – teman bisa mencobanya terlebih dahulu. Sedangkan pembahasannya akan tersedia di bawah soal. Sebelum mengerjakan soal latihan UTBK Fisika ini, perhatikan terlebih dahulu petunjuk pengerjaannya yakni
Petunjuk A :
Pilihlah satu jawaban yang paling tepat
Petunjuk B :
Soal terdiri dari tiga bagian, yaitu pernyataan, kata sebab dan alasan yang disusun secara berurutan.
Pilihlah :