Uploaded by User15847

bab-11-elastisitas-dan-hukum-hooke

advertisement
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
BAB 11
ELASTISITAS DAN HUKUM HOOKE
TEGANGAN (STRESS)
Adalah hasil bagi antara gaya tarik F yang dialami kawat dengan luas penampang A.
Tegangan =
F
A
REGANGAN (STRAIN)
Adalah hasil bagi antara pertambahan panjang ΔL dengan panjang awal L0.
Regangan =
∆L
L0
MODULUS YOUNG
Adalah perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan.
E=
Tegangan
Regangan
GAYA PEGAS DAN HUKUM HOOKE
Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastis pegas, pertambahan panjang pegas (Δx)
sebanding dengan gaya tariknya (F).
F = k . ∆x
ENERGI POTENSIAL PEGAS
1
Ep = F . ∆x
2
Atau,
1
Ep = k . ∆x2
2
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
Keterangan:
Ep = energi potensial pegas (Joule).
F = gaya pegas (N).
∆x = x2 – x1 = pertambahan panjang (m).
k = konstanta pegas (N/m2).
SUSUNAN SERI PEGAS
k1
F1
k2
F2
F
1
1
1
1
=
+ + +…
ktot k1 k2 k3
SUSUNAN PARALEL PEGAS
k1
k2
k3
F
ktot = k1 + k2 + k3 + ...
Keterangan:
ktot = konstanta gabungan pegas (N/m).
k1 = konstanta pegas pertama (N/m).
k2 = konstanta pegas kedua (N/m).
k3 = konstanta pegas ketiga (N/m).
SUSUNAN GABUNGAN
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
k1
k2
k3
F
Untuk menyelesaikan susunan gabungan:
a. Selesaikan terlebih dahulu susunan paralel dengan persamaan susunan paralel.
b. Selesaikan susunan seri dengan persamaan susunan seri.
PERIODE PEGAS
T = 2π
m
k
PERIODE BANDUL
T = 2π
l
g
Keterangan:
T = periode (s).
m = massa benda (kg).
k = konstanta pegas (N/m).
l = panjang bandul (m).
g = percepatan gravitasi (10 m/s2).
Contoh soal dan pembahasan
1. Sepotong kawat homogen panjangnya 140 cm dan luas penampangnya 2 mm 2. Ketika
ditarik dengan gaya sebesar 100 N, bertambah panjang 1 mm. Modulus elastik kawat
bahan kawat tersebut adalah...
A. 7 . 108 N/m2
B. 7 . 109 N/m2
C. 7 . 1010 N/m2
D. 7 . 1011 N/m2
E. 7 . 1012 N/m2
UN 2012
Pembahasan:
Diketahui:
L0 = 140 cm= 1,4 m
A = 2 mm2 = 2 . 10– 6 m2
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
F = 100 N
ΔL = 1 mm = 1 . 10– 3 m
Ditanya: E = ...
Jawab:
a. Terlebih dahulu hitung tegangan.
F
100 N
Tegangan =
=
A 2 . 10-6 m2
Tegangan = 50 . 106 N/m2
b. Hitung regangan.
∆L 10-3 m
Regangan =
=
L0
1,4 m
c.
Hitung Modulus Young.
Tegangan 50 . 10-6 N/m2
E=
=
10-3 m
Regangan
1,4 m
E = 7 . 1010 N/m2
Jawaban: C
2.
Gambar di bawah menunjukkan grafik hubungan antara gaya (F) dengan pertambahan
panjang pegas (∆x).
F(N)
20
10
∆x (cm)
4
2
Dari grafik tersebut konstanta pegas adalah...
A. 100 N/m
B. 200 N/m
C. 300 N/m
D. 500 N/m
E. 5000 N/m
0
Ebtanas 2005
Pembahasan:
Diketahui:
F1 = 10 N
F2 = 20 N
∆x1 = 2 cm – 0 cm = 2 cm = 0,02 m
∆x2 = 4 cm – 0 cm= 4 cm = 0,04 m
Ditanya: k = ...
Jawab:
F = k . ∆x
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
k=
F
F1
10 N
=
=
= 500 N/m
∆x ∆x1 0,02 m
Catatan!
Untuk menentukan k, F-nya bisa menggunakan F2 tetapi ∆x-nya adalah ∆x2.
Jawaban: D
3.
Dalam suatu praktikum untuk menentukan konstanta suatu pegas diperoleh data sebagai
berikut:
No
F (N)
∆x (cm)
1
10
2,0
2
15
3,0
3
20
4,0
4
25
5,0
5
30
6,0
Jika F adalah gaya dan ∆x adalah pertambahan panjang pegas, maka konstanta pegas
yang digunakan adalah...
A. 100 N/m
B. 200 N/m
C. 300 N/m
D. 400 N/m
E. 500 N/m
UN 2011
Pembahasan:
Diketahui: (lihat tabel)
Ditanya: k = ...
Jawab:
F 10 N
10 N
k=
=
=
= 500 N/m
∆x 2 cm 0,02 m
Catatan!
Untuk menentukan k dari tabel, nilai F bisa yang mana saja kemudian lihat ∆x-nya. Pada contoh diatas, F yang
diambil adalah yang pertama.
Jawaban: E
4.
Suatu pegas akan bertambah panjang 10 cm jika diberi gaya 30 N. Pertambahan panjang
pegas jika diberi gaya 21 N adalah...
A. 2 cm
B. 3 cm
C. 5 cm
D. 6 cm
E. 7 cm
Pembahasan:
Diketahui:
∆x1 = 10 cm
F1 = 30 N
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
F2 = 21 N
k1 = k2 (pegas sama)
Ditanya: ∆x2 = ...
Jawab: membandingkan rumus gaya pegas.
F1 k1 ∆x1 ∆x1
=
=
(k1 dan k2 sama)
F2 k2 ∆x1 ∆x2
30 N 10 cm
=
21 N
∆x2
30 N . ∆x2 = 10 cm . 21 N
30 N . ∆x2 = 210 N.cm
210 N.cm
∆x2 =
= 7 cm
30 N
Jawaban: E
5.
Sebuah tali karet diberi beban 300 gram dan digantung vertikal pada sebuah statif.
Ternyata karet bertambah panjang 4 cm (g = 10 m/s2). Energi potensial karet tersebut
adalah...
A. 7,5 . 10−2 joule
B. 6,0 . 10−2 joule
C. 4,5 . 10−2 joule
D. 3,0 . 10−2 joule
E. 1,5 . 10−2 joule
UN 2012
Pembahasan:
Diketahui:
m = 300 gram = 0,3 kg
∆x = 4 cm = 0,04 m
g = 10 m/s2
Ditanya: Ep = ...
Jawab:
1
1
Ep = F . ∆x = m . g . ∆x
2
2
1
Ep = 0,3 kg . 10 m/s2 . 0,04 m
2
Ep = 0,06 J = 6,0 . 10-2 J
Ingat!
Jika pegas/karet digantungi beban, maka besar gaya F sama dengan berat bebannya F = m . g.
Jawaban: B
6.
Percobaan menggunakan pegas yang digantung menghasilkan data sebagai berikut:
Percobaan
1
2
3
Johan Akhmadin,S.Pd
F (N)
88
64
40
∆x (cm)
11
8
5
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
Energi potensial yang dihasilkan ketika pegas bertambah panjang 2 cm adalah...
A. 0,32 J
B. 0,16 J
C. 0,08 J
D. 0,06 J
E. 0,04 J
UN 2011
Pembahasan:
Diketahui: (lihat tabel)
Ditanya: EP = ... (∆x = 2 cm = 0,02 m)
Jawab:
a. Terlebih dahulu tentukan nilai konstanta pegas k.
F
88 N
88 N
k=
=
=
= 800 N/m
∆x 11 cm 0,11 m
b. Menghitung energi potensial Ep.
1
1
Ep = k . ∆x2 = 800 N/m. (0,02m)2
2
2
Ep = 400 N/m . 0,0004 m2 = 0,16 Joule
Jawaban: B
7.
Tiga pegas identik dengan konstanta 1000 N/m disusun seperti gambar.
k1
k2
k3
Jika susunan pegas diberi beban sehingga
panjang masing-masing pegas adalah..
∆x1
A
2 cm
B
2 cm
C
3 cm
D
4 cm
E
4 cm
bertambah panjang 6 cm, maka pertambahan
∆x2
2 cm
4 cm
3 cm
2 cm
3 cm
∆x3
2 cm
4 cm
3 cm
3 cm
3 cm
UN 2011
Pembahasan:
Diketahui:
k1 = k2 = k3 = 1000 N/m
∆x = 6 cm = 0,06 m
Ditanya: ∆x1, ∆x2, dan ∆x3
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
Jawab:
a. Terlebih dahulu hitung konstanta gabungan ketiga pegas ktot.
1
1
1
1
=
+ +
ktot k1 k2 k2
1
1
1
1
=
+
+
ktot 1000 N/m 1000 N/m 1000 N/m
1
3
=
ktot 1000 N/m
1000 N/m
ktot =
3
b. Hitung gaya F.
F = ktot . ∆x
1000 N/m
F=
. 0,06 m = 20 N
3
c. Menghitung ∆x1, ∆x2 dan ∆x3.
F1
20 N
∆x1=
=
= 0,02 m = 2 cm
k1 1000 N/m
F2
20 N
∆x2 =
=
= 0,02 m = 2 cm
k2 1000 N/m
F3
20 N
∆x3 = =
= 0,02 m = 2 cm
k3 1000 N/m
Ingat!
Ketiga pegas disusun seri maka F1 = F2 = F3 = F = 20 N.
Jawaban: A
8.
Tiga buah pegas disusun seperti gambar dibawah.
k1
k2
k3
Jika konstanta pegas k1 = k2 = 3 N/m dan k3 = 6 N/m, maka konstanta susunan pegas
besarnya...
A. 1 N/m
B. 3 N/m
C. 7,5 N/m
D. 12 N/m
E. 15 N/m
UN 2009
Pembahasan:
Diketahui:
k1 = k2 = 3 N/m
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
k3 = 6 N/m
Ditanya: ktot = ...
Jawab:
a. Terlebih dahulu selesaikan susunan paralel (k1 dan k2).
kp = k1 + k2 = 3 N/m + 3 N/m = 6 N/m
b. Selesaikan susunan seri (kp dan k3).
1
1
1
1
1
2
=
+
=
+
=
ktot kp k3 6 N/m 6 N/m 6 N/m
6 N/m
ktot =
= 3 N/m
2
Jawaban: C
9.
Tiga buah pegas identik disusun seperti gambar.
k3
k2
k1
m
Jika massa beban 300 gram (g = 10 m/s2) digantung pada pegas k1 pegas bertambah
panjang 4 cm. Besarnya konstanta susunan pegas adalah...
A. 225 N/m
B. 75 N/m
C. 50 N/m
D. 25 N/m
E. 5 N/m
UN 2011
Pembahasan:
Diketahui:
k1 = k2 = k3 (identik)
m = 300 gram = 0,3 kg
g = 10 m/s2
∆x1 = 4 cm = 0,04 m
Ditanya: ktot = ...
Jawab:
a. Terlebih dahulu hitung F.
F = m . g = 0,3 kg . 10 m/s2 = 3 N
Ingat!
F = m . g (berat beban) jika pegas digantungi beban.
b.
c.
Menghitung k1, k2, k3.
F1
3N
k1 =
=
= 75 N/m
∆x1 0,04 m
Karena identik k1 = k2 = k3 = 75 N/m
Menghitung ktot.
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
Selesaikan terlebih dahulu susunan paralel.
kp = k2 + k3 = 75 N/m + 75 N/m = 150 N/m.
1
1
1
1
1
=
+
=
+
ktot kp k1 150 N/m 75 N/m
1
1+2
=
ktot 150 N/m
150 N/m
ktot =
= 50 N/m
3
Jawaban: C
10. Tiga pegas identik masing-masing mempunyai konstanta 200 N/m tersusun seri paralel
seperti gambar dibawah.
k3
k2
k1
w
Pada ujung bawah susunan pegas digantungi beban seberat w sehingga susunan pegas
bertambah panjang 3 cm. Berat beban w adalah...
A. 1 N
B. 2 N
C. 3 N
D. 4 N
E. 10 N
UN 2011
Pembahasan:
Diketahui:
k1 = k2 = k3 = 200 N/m
Δx = 3 cm = 0,03 m
Ditanya: w = F (pegas digantungi beban) = ...
Jawab:
a. Terlebih dahulu hitung ktot.
Konstanta gabungan susunan paralel.
kp = k2 + k3 = 200 N/m + 200 N/m = 400 N/m
b. Menghitung ktot susunan seri (kp dan k1 seri)
1
1
1
1
1
=
+
=
+
ktot kp k1 400 N/m 200 N/m
1
1+2
3
=
=
ktot 400 N/m 400 N/m
400 N/m
ktot =
3
c. Menghitung w atau F
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
F = ktot . Δx =
400 N/m
. 0,03 m = 4 N
3
Jawaban: D
LATIHAN SOAL 11
1.
Pegas yang panjangnya L digantungkan beban sedemikian sehingga diperoleh data
sebagai berikut:
Berat beban
2N
3N 4N
Pertambahan panjang
0,50 0,75 1,0
(cm)
Berdasarkan tabel tersebut, dapat disimpulkan besar konstanta pegas adalah...
A. 250 N/m
B. 360 N/m
C. 400 N/m
D. 450 N/m
E. 480 N/m
2.
Grafik hubungan antara gaya (F) terhadap penambahan panjang (Δx) suatu pegas
ditunjukkan gambar dibawah.
F(N)
50
20
∆x (m)
0,05
0,02
2 pegas 5yang digunakan adalah...
Konstanta
A. 1000 N/m
B. 900 N/m
C. 800 N/m
D. 700 N/m
E. 600 N/m
0
3.
Grafik (F-x) menunjukkan hubungan antara gaya dengan pertambahan panjang pegas.
F(N)
40
∆x (m)
0,08
5
Besar energi potensial
pegas berdasarkan grafik di atas adalah...
0
A. 20 joule
B. 16 joule
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
C. 3,2 joule
D. 1,6 joule
E. 1,2 joule
4.
Grafik dibawah menunjukkan hubungan antara gaya (F) dengan pertambahan panjang
(Δx) sebuah pegas.
F(N)
8
4
∆x (cm)
14
7
Energi potensial pegas pada saat mengalami pertambahan panjang 14 cm adalah...
A. 11,2 joule
B. 5,6 joule
C. 1,12 joule
D. 0,56 joule
E. 0,112 joule
0
5.
Tiga pegas identik dengan konstanta 600 N/m disusun seperti gambar.
k1
k2
k3
w
Jika susunan pegas diberi beban dengan berat w = 6 N, maka pertambahan panjang
masing-masing pegas adalah...
A
B
C
D
E
6.
∆x1
0,1 cm
0,3 cm
1 cm
3 cm
1 cm
∆x2
0,1 cm
0,3 cm
1 cm
3 cm
3 cm
∆x3
0,1 cm
0,3 cm
1 cm
3 cm
3 cm
Tiga pegas identik disusun seperti gambar dibawah.
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
k1
k2
k3
Beban seberat 15 N digantung di ujung bawah pegas menyebabkan sistem pegas
bertambah panjang 5 cm. Konstanta masing-masing pegas adalah...
A. 15 N/m
B. 20 N/m
C. 45 N/m
D. 300 N/m
E. 900 N/m
7.
Empat buah pegas masing-masing dengan konstanta c disusun secara paralel. Konstanta
pegas dari susunan ini menjadi...
A.
B.
1
4
1
2
c
c
C. 1 c
D. 2 c
E. 4 c
8.
Empat pegas identik masing-masing memiliki konstanta 300 N/m disusun seperti
gambar!
k1
k2
k3
k4
w
Konstanta gabungan keempat pegas adalah...
A. 150 N/m
B. 225 N/m
C. 300 N/m
D. 900 N/m
E. 1200 N/m
9.
Tiga buah pegas yang identik A, B, dan C dirangkai seperti gambar.
Johan Akhmadin,S.Pd
Download kunjungi: www.fisikauntukun.blogspot.com
A
B
C
w
Jika ujung bebas C digantungi beban w = 1,2 N maka sistem mengalami pertambahan
panjang 0,6 cm. Konstanta masing-masing pegas adalah...
A. 200 N/m
B. 240 N/m
C. 300 N/m
D. 360 N/m
E. 600 N/m
10. Empat buah pegas identik masing-masing mempunyai konstanta 1600 N/m disusun
seperti gambar.
k1
k2
k3
k4
w
Berat beban w yang digantung menyebabkan sistem pegas mengalami pertambahan
panjang 5 cm. Berat beban w adalah...
A. 60 N
B. 120 N
C. 300 N
D. 450 N
E. 600 N
Johan Akhmadin,S.Pd
Download
Random flashcards
Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

Nomor Rekening Asli Agen De Nature Indonesia

2 Cards denaturerumahsehat

Secuplik Kuliner Sepanjang Danau Babakan

2 Cards oauth2_google_2e219703-8a29-4353-9cf2-b8dae956302e

Create flashcards