HOME CONTOH GAYA PEGAS CONTOH SOAL FISIKA
Susunan seri ataupun susunan paralel pegas pada dasarnya memiliki tujuan tertentu. Susunan seri bertujuan untuk memperkecil konstanta pegas sehingga pertambahan panjang yang dialami sistem pegas akan lebih besar, sedangkan susunan paralel bertujuan untuk memperbesar konstanta pegas sehingga pertambahan panjang sistem pegas lebih kecil dibandingkan dengan susunan seri.
Read more : Pembahasan Soal SBMPTN Tentang Gaya Pegas. Edutafsi.com adalah blog tentang bahan belajar. Gunakan menu atau penelusuran untuk menemukan bahan belajar yang ingin dipelajari. Pengertian Elastisitas Bahan Material. Elastisitas adalah kemampuan benda untuk kembali pada keadaan semula setelah gaya yang mempengaruhinya dihilangkan. Benda yang memiliki kemampuan untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya ditiadakan disebut benda elastis. Sedangkan yang tidak mampu kembali ke bentuk semula disebut benda plastis. Contoh Benda Elastis dan Plastis Adapun Contoh benda elastis adalah karet, pegas, logam pada kondisi tertentu dapat menunjukkan sifat elastis-nya. Tegangan Tegangan atau stress merupakan hasil bagi antara gaya dengan luas penampang benda. Tegangan adalah gaya persatuan luas. Rumus Tegangan Tegangan yang dialami oleh suatu benda yang memiliki luas penampang A akibat diberi gaya sebesar F dapat ditentukan dengan menggunakan formula persamaan rumus berikut: σ = F/A Dengan keterangan: σ = tegangan (N/m2) F = gaya (N) A = luas penampang (m2) Regangan Regangan atau strain dapat didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan Panjang benda dengan Panjang awal benda. Rumus Regangan Besar reganag yang alami oleh suatu benda dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan rumus berikut: e = Δl/l dengan keterangan: e = regangan Δl = pertambahan Panjang (m) l0 = Panjang awal Modulus Elastisitas Modulus elastis atau modulus Young adalah perbandingan perbandingan antara tegangan dan regangan. Modulus elastisitas dinyatakan dengan rumus berikut: E = σ /e E =(F/A)/(Δl/l) E = (F/A) x (l0/Δl) Dengan keterangan: E = Modulus elastisitas Contoh Soal Perhitungan Tegangan Regangan Modulus Elastisitas Young Seutas kawat memiliki penjang 50 cm dan luas penampangnya 2 cm2. Sebuah gaya yang besarnya 50 N bekerja pada kawat tersebut dan menyebabkan Panjang kawat menjadi 50,8 cm Hitunglah regangan, tegangan dan modulus elastisitas kawat tersebut Diketahui: l = 50 cm = 0,5m Δl = 50,8 – 50 = 0,8 cm Δl = 0,008 m F = 50 N A = 2 cm2 = 0,0002 m2 Rumus Menghitung Regangan Benda Kawat Regangan Kawat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut e = Δl/l e = 0,008/0,5 e = 0,016 Rumus Perhitungan Tegangan Benda Kawat Tegangan kawat dihitung dengan menggunakan persamaan rumus berikut σ= F/A σ = 50/0,0002 σ = 250 kN/m2 Perhitungan Modulus Elastisitas Young Kawat Modulus Elastisitas kawat dapat dihitung dengan persamaan berikut: E = σ/e E = (250 kN/m2)/0,016 E = 15,6 x 106 N/m2 Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Di Akhir Artikel Hukum Hooke Pada Pegas Hukum Hooke menyatakan, “bahwa jika gaya Tarik tidak melebihi batas elastis pegas, maka pertambahan Panjang pegas sebanding dengan gaya tariknya”. Jika sebuah pegas diberi gangguan sehingga pegas merenggang (pegas ditarik) atau merapat (pagas ditekan), maka pada pegas akan bekerja gaya pemulih yang arahnya selalu menuju titik asal. Gaya Pemulih Pegas Gaya yang timbul pada pegas untuk mengembalikan posisinya ke keadaan setimbang disebut gaya pemulih pada pegas. Besar gaya pemulih pada pegas sebanding dengan gangguan atau simpangan yang dialami oleh pegas. Jika sebuah pegas diberi gaya sebesar F (dalam bentuk bola pejal), maka Panjang pegas akan berubah dari pajang awal l0 (atau X0) menjadi Panjang akhir l1 (atau X1) seperti ditunjukkan pada gambar. Gaya Pegas Hukum Hooke l = XRumus Hukum Hooke Hukum Hooke dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut: F = – K.ΔX Dengan keterangan: Pada gambar notasi panjang adalah l. l = X Δl = ΔX F = gaya Tarik (N) K= konstanta gaya pegas (N/m) ΔX = peratambahan Panjang atau simpangan (m) X0 = Panjang awal (m) X1 = Panjang akhir (m) Konstanta pegas menunjukkan perbandingan antara gaya dengan Δl. Selama gaya tidak melampaui titik patah (melampaui ketahan pegas), maka besarnya gaya sebanding dengan perubahan panjang pegas. Tanda (-) negatif pada rumus hukum Hooke menunjukkan bahwa arah gaya pemulih yang senantiasa menuju ke titik kesetimbangan selalu berlawanan dengan arah gaya penyebabnya atau arah simpangannya. Namun dalam notasi skalar, tanda negatif dihilangkan sehingga hukum Hooke menjadi: F = K.ΔX Contoh Soal Ujian Elastisitas Pegas Hukum Hooke Sebuah pegas yang memiliki konstanta gaya pegas sebesar 50 N/m ditekan sehingga pegas yang panjang awalnya 5 cm menjadi 2 cm. Berapa besar gaya pegas: Diketahui : K = 50 N/m X0= 5 cm = 0,05m X1= 2 cm = 0,02, ΔX = 0,05 m – 0,02m = 0,03 m Rumus Menghitunga Gaya Pegas Hukum Hooke Besar gaya pegas dapat dinyatakan dengan mengggunakan persamaan rumus berikut: F = K.ΔX F = (50 N/m)(0,03 m) = 1,5 N Besar gaya yang dilakukan oleh pegas adalah 1,5 N. Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Di Akhir Artikel Contoh Soal Perhitungan Rumus Persamaan Hukum Hooke Berapa gaya yang dikerahkan agar sebuah pegas dengan konstanta pegas 50 N/m yang panjang mula-mula 5 cm menjadi 7 cm? Diketahui : K = 50 N/m, X0 = 5 cm = 0,05 m, X1= 7 cm = 0,07, ΔX = 0,07 m – 0,05m = 0,02 m Rumus Menghitunga Gaya Pegas Hukum Hooke Besar gaya pegas dihitung dengan rumus hukum Hooke berikut F = K.ΔX F = (50 N/m)(0,02 m) = 1 N Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Di Akhir Artikel Susunan Pegas Hukum Hooke Sebuah sistem pegas terdiri atas berbagai pegas yang disusun. Pegas dapat disusun dengan dua cara yaitu susunan pegas seri dan susunan pegas parallel. Susunan Pegas Secara Seri Hukum Hooke Dua atau lebih pegas yang disusun secara seri dapat digantikan oleh satu pegas saja. Pegas pengganti ini harus mempunyai konstanta pegas yang besarnya sama dengan konstanta pegas total. Rumus Konstanta Gaya Pegas Susunan SeriHal- hal yang berkaitan dengan pegas pengganti dari susunan pegas secara seri adalah sebagai berikut. Gaya yang menarik pegas pengganti dan Gaya yang menarik masing- masing pegas adalah sama besar yaitu F1 = F2 = F Pertambahan panjang pegas pengganti sama dengan jumlah dari pertambahan Panjang masing masing pegas yaitu ΔX = ΔX1 + ΔX2 Rumus Tetapan Pegas Pengganti Susunan Seri Hukum Hooke Tetapan pegas untuk susunan seri dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut: 1/Ks = 1/K1 + 1/K2 dan secara umum dapat dituliskan sebagai berikut. 1/Ks = 1/K1 + 1/K2 + 1/K3 + … Dengan Keterangan : Ks = konstanta pegas pengganti susunan seri Susunan Pegas Secara Paralel Hukum Hooke Dua atau lebih pegas yang disusun secara paralel dapat digantikan oleh satu pegas saja. Pegas penggantiny ini harus mempunyai konstanta pegas yang besarnya sama dengan konstanta pegas total. Rumus Konstanta Gaya Pegas Susunan ParalelHal- hal yang berkaitan dengan pegas pengganti dari susunan pegas secara paralel adalah sebagai berikut. Gaya yang menarik pegas pengganti sama dengan jumlah gaya yang menarik masing- masing pegas F = F1 + F2 Pertambahan panjang pegas pengganti dan pertambahan Panjang masing- masing pegas adalah sama besar ΔX =ΔX1=ΔX2 Rumus Tetapan Pegas Pengganti Susunan Paralel Hukum Hooke Tetapan pegas pengganti susunan paralel dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut; Kp = K1 + K2 atau secara umum dapat ditulis sebagai berikut. Kp = K1 + K2 + K3 + … Dengan Keterangan : Kp = konstanta pegas pengganti susunan parallel Susunan Pegas Secara Gabungan Seri dan Paralel Hukum Hooke Dan hal- hal yang berkaitan dengan pegas pengganti dari susunan pegas gabungan seri dan paralel adalah sebagai berikut. Rumus Konstanta Gaya Pegas Susunan Paralel SeriGaya pengganti (F) adalah F1 + F2 = F Pertambahan panjang pegas ΔX ΔX1 = ΔX2 ΔX = ΔX1 + ΔX3 atau ΔX= ΔX2 + ΔX3 Rumus Tetapan Pegas Pengganti Seri Paralel Hukum Hooke Tetapan pegas pengganti susunan seri paralel Ktot dapat dinyatakan dengan menggunakan formula seperti berikut: 1/(K1 + K2) + 1/K3 = 1/Ktot Energi Potensial Pegas Energi potensial pegas adalah usaha yang dilakukan pegas pada saat pegas mengalami pertambahan Panjang. Rumus Energi Potensian Pegas Energi potensial suatu pegas dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut: Ep = ½ K (ΔX)2 Dengan keterangan: Ep = energi potensial pegas (joule) K = konstanta pegas (N/m) ΔX = pertambahan Panjang (m) Contoh Soal Ujian Energi Potensial Pegas Sebuah pegas dapat direnggangkan sehingga bertambah panjang 20 cm dengan energi potensial 2 joule. Berapakah konstanta gaya pegas tersebut? Diketahui: ΔX = 20 cm = 0,2 m EP = 2 Joule Rumus Menghitung Konstanta Pegas Dari Energi Potensial EP = ½ K(ΔX)2 2 = 0,5. K . (0,2)2 K = 100/N/m Jadi Konstanta pagas adalah 100 N/m Contoh Contoh Soal Dan Pembahasan Secara Lengkap 1). Contoh Soal Perhitungan Konstanta Gaya Pegas Diregang Energi Potensial Sebuah pegas dapat direnggang hingga bertambah panjang 5 cm dengan energi potensial 0,25 joule. Berapakah konstanta gaya pegas tersebut? Diketahui: ΔX = 5 cm = 0,05 m EP = 0,25 Joule Rumus Cara Menghitung Konstanta Gaya Pegas Yang Diregang Energi Potensial Besarnya konstanta gaya yang dimiliki pegas dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut: Ep = ½ K (ΔX)2 K = 2 Ep/(ΔX)2 K = 2 x 0,25/(0,05)2 K = 200 N/m Jadi konstanta pegas adalah 200 N/m 2). Contoh Soal Perhitungan Pertambahan Panjang Pegas Seri Paralel Dua buah pegas dengan panjang sama dan konstanta gaya masing-masing 150 N/m dan 300 N/m dirangkai. Pada ujung rangkaian digantungkan beban dengan massa 0,45 kg. Berapakah pertambahan panjang rangkaian pegas jika kedua pegas dirangkai secara: a). seri b). paralel? Diketahui: K1 = 150 N/m ; K2 = 300 N/m ; m = 0,45 kg Rumus Mencari Konstanta Pengganti Pegas Seri Konstanta pegas yang dirangkai secara seri dapat dinyatakan dengan rumus berikut: 1/Ks = 1/K1 + 1/K2 1/Ks = = 1/150 + 1/300 1/Ks = 3/300 Ks = 100 N/m notasi s = seri jadi konstanta pengganti dua pegas yang diseri adalah 100 N/m Rumus Mencari Perpanjangan Pegas Dirangkai Seri Perubahan Panjang pegas yang disusun seri Ketika diberi beban gaya dapat dinyatakan dengan rumus berikut: F = Ks ΔX atau ΔX = F/Ks ΔX = (0,45 x 10)/100 ΔX = 0,045 m Jadi pertambahan Panjang dua pegas yang diseri adalah 0,045 m Rumus Menghitung Konstanta Pegas Paralel Konstanta pegas yang disusun parallel dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut Kp = K1 + K2 Kp = 150 + 300 Kp = 450 N/m notasi p = parallel Jadi konstanta pegas pengganti yang disusun parallel adalah 450 N/m Rumus Menentukan Pertambahan Panjang Pegas Disusun Paralel Perpanjangan pegas yang disusun parallel dapat dihitung dengan rumus berikut: F = Kp ΔX atau ΔX = F/Kp ΔX = (0,45 x 10)/450 ΔX = 0,01 m Jadi pertambahan Panjang dua pegas yang diparalel adalah 0,01 m 3). Contoh Soal Perhitungan Pertambahan Panjang Pegas Beban Bertambah Sebuah bahan elastis dalam keadaan tergantung bebas. Pada saat ujung yang bebas digantungi dengan beban 100 gram, bahan elastis bertambah panjang 10 mm. Berapakah pertambahan panjang bahan elastis tersebut jika ujung yang bebas digantungi dengan beban 300 gram Diketahui: m1 = 100 gram; ΔX1 = 10 mm m2 = 300 gram beban menjadi 3 kalinya. Rumus Mencari Pertambahan Pegas Yang Diberi Beban Bertambah Besar pertambahan Panjang pegas yang diberi beban tambahan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut: Gaya pegas pertama F1 = K ΔX1 K = F1/ΔX1 Gaya pegas kedua F2 = K ΔX2 K = F2/ΔX2 sehingga F1/ΔX1 = F2/ΔX2 ΔX2 = (m2 x g x ΔX1)/m1 x g ΔX2 = (m2 x ΔX1)/m1 ΔX2 = (300 x 10)/100 ΔX2 = 30 mm Jadi pertambahan Panjang pegas Ketika bebannya menjadi tiga kalinya adalah 30 mm. 4). Contoh Soal Menentukan Gaya Pemulih Pegas Pegas yang tergantung tanpa beban panjangnya 30 cm. Kemudian, ujung bawah pegas digantungi beban 100 gram sehingga panjang pegas menjadi 35 cm. Jika beban ditarik ke bawah sejauh 8 cm dan percepatan gravitasi Bumi 10 m/s2, tentukan gaya pemulih pada pegas itu. Diketahui: X = 30 cm, X1 = 35 cm, ΔX = 35 – 30 = 5 cm ΔX2= 8 cm, m = 100 g, dan g = 10 m/s2. F = 0,1 x 10 = 1 N Rumus Mencari Kanstanta Pegas Besar konstanta pegas dapat dinyatakan dengan rumus berikut: F = K ΔX atau K = F/ΔX K = 1/(0,05) K = 20 N/m Jadi konstanta pegas adalah 20 N/m Rumus Menentukan Pemulih Pegas Gaya pegas yang diperlukan untuk mengembalikan posisis pegas ke kondisi kesetimbangan adalah: F = K ΔX2 atau F = (20) (0,08 m) = 1,8 N Jadi gaya pegas yang diperluka untuk memulihkan ke kondisi setimbang adalah 1,8 N 5). Contoh Soal Perhitungan Konstanta Dan Perpanjangan Pegas Seri Paralel Perhatikanlah gambar sistem pegas di bawah. Jika k1 = k2 = 300 N/m, k3 = 600 N/m, dan beban m = 1,5 kg, tentukanlah: a). tetapan sistem pegas, dan b). pertambahan panjang sistem pegas. Diketahui: K1 = K2 = 300 N/m, K3 = 600 N/m, m = 1,5 kg, Rumus Menghitung Konstanta Pegas Pengganti Seri Paralel Konstanta pegas pengganti parallel dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut: Kp = K1 + K2 Kp = 300 + 300 = 600 N/m Konstanta Pegas Total 1/Kt= 1/Kp + 1/K3 1/Kt = 1/600 + 1/600 Kt = 300 N/m jadi konstanta pegas total sebagai pengganti konstanta pegas parallel seri adalah 600 N/m Rumus Menghitung Perpanjangan Pegas Paralel Seri Perpanjang pegas yang disusun secara parallel dan seri dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut F = Kt ΔX atau ΔX = F/Kt ΔX = (1,5 x10)/300 ΔX = 0,05 m = 5 cm Jadi pertambahan Panjang pegas yang disusun secara parallel seri adalah 5 cm 6). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial Elastis Pegas Sebuah pegas menggantung dalam keadaan normal, panjangnya 20 cm. Ketika pada ujungnya diberi beban 200 gram, panjangnya menjadi 25 cm. Jika pegas ditarik sepanjang 5 cm, hitunglah energi potensial elastis pegas. (g = 10 m/s2) Diketahui: X = 20 cm ΔX1 = (25 – 20) cm = 5 cm = 0,05 m ΔX2 = 5 cm = 5 x 10-2 m m = 200 g = 0,2 kg Rumus Mencari Konstanta Elastis Pegas Besarnya konstanta pegas dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut: F = K ΔX1 atau K = F/ΔX1 F = m.g = 0,2 x 10 F = 2 N sehingga K = 2/0,05 K = 40 N/m Jadi konstanta pegas adalah 40 N/m Rumus Menghitung Energi Potensial Perpanjangan Elastis Pegas Energi potensial pegas yang dibutuhkan untuk menghasilkan perpanjangan pegas dapat dinyatakan dengan rumus berikut: Ep = ½ K (ΔX2)2 Ep = ½ x 40 x (0,05)2 Ep = 0,05 J Jadi energi potensial yang dibutuhkan untuk memperpanjang pegas adalah 0,05 J. 7). Contoh Soal Perhitungan Gaya Untuk Pertambahan Panjang Elsatis Pegas Berapa gaya yang dikerahkan agar sebuah pegas dengan konstanta pegas 80 N/m yang panjang mula-mula 6 cm menjadi 10 cm? Diketahui : K= 80 N/m, X1 = 6 cm = 0,06 m, X2 = 10 cm = 0,1 m ΔX = 0,1 – 0,06 = 0,04 m Rumus Mencari Gaya Elastis Pegas Besar gaya yang dibutuhkan agar pegas bertambah Panjang atau meregang, dapat dinyatakan dengan persamaan berikut: F = – K ΔX F = (-80)(0,04 m) F = – 3,2 N (ini gaya pegas) Gaya yang harus dikerahkan agar pegas meregang besarnya sama dengan gaya pegas tetapi berlawanan arah. Besar gaya yang harus dikerahkan 3,2 N. 8) Contoh Soal Menentukan Gaya Elastis Pegas Sebuah pegas yang memiliki konstanta pegas 60 N/m ditekan sehingga pegas yang panjang 8 cm menjadi 5 cm. Berapa besar gaya pegas? Diketahui : K= 60 N/m X1 = 8 cm = 0,08m X2 = 5 cm = 0,05, ΔX = 0,05 m – 0,08m = -0,03 m Rumus Menghitung Gaya Elasti Pegas Oleh Beban Besar gaya pegas dapat dinyatakan dengan rumus berikut F = -K ΔX F = (-60 N/m)(-0,03 m) F = 1,8 N (ini gaya pegas) Besar gaya yang dilakukan oleh pegas adalah 1,8 N. Gaya yang harus dikerahkan dari luar agar pegas tertekan sebesar 3 cm adalah sebesar 1,8 N arahnya berlawanan dengan gaya pegas. 9). Contoh Soal Perhitungan Perpanjangan Pegas Energi Potensial Sebuah pegas mempunyai tetapan K 500 N/m. Berapa pertambahan panjang pegas jika diregang dengan energi potensial 2,5 Joule. Diketahui : K = 500 N/m Ep = 25 J Rumus Mencari Pertambahan Panjang Pegas Pleh Energi Potesial Perubahan Panjang pegas oleh energi potensial dapat dinyatakan oleh rumus berikut: Ep = ½ K (ΔX)2 atau (ΔX)2 = 2 Ep/K (ΔX)2 = (2 x 2,5)/500 (ΔX)2 = 0,01 (ΔX) = 0,1 m Jadi, pegas bertambah panjang sebesar 0,1 m 10). Contoh Soal Perhitungan Periode Gerak Harmonik Pegas Gerak harmonik pada pegas menggunakan pegas dengan Konstanta 10 N/m dan massa beban yang digantungkan 900 gram. Selama beban bergetar, berapakah waktu yang diperlukan untuk 20 getaran? Diketahui: K = 10 N/m m = 900 gram = 0,9 Kg N = 20 getaran Rumus Periode Getaran Harmonik Pegas Periode harmonic getaran pegas dapat dinyatakan dengan rumus berikut: T = 2 π √(m/K) T = 2 x 3,14 √(0,9/10) T = 1,884 detik Waktu yang dibutuh untuk melakukan 20 getaran adalah t = T N t = 1,884 x 20 t = 38,68 detik Jadi waktu yang dibutuhkan untuk melakukan 20 getaran adalah 38,68 detik. Daftar Pustaka:
|