Materi Ajar Satuan Pendidikan : Sekolah Menengah Atas (SMA) Kelas/Semester : X/2 Mata Pelajaran : Fisika Materi Pokok : Elastisitas Kompetensi Inti 1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. 2. Mengembangkan perilaku (jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli, santun, ramah lingkungan, gotong royong, kerjasama, cinta damai, responsif dan pro-aktif) dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan bangsa dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. 3. Memahami dan menerapkan pengetahuan faktual, konseptual, prosedural dalam ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. 4. Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metode sesuai kaidah keilmuan. Kompetensi Dasar 3.6 Menganalisis Materi Materi Pokok Pembelajaran Alternatif Pembelajaran Elastisitas Fakta Mengamati sifat elastisitas dan Hukum - 1. Peragaan benda elastis dan bahan dalam Hooke kehidupan Benda yang elastis: karet, benda non elastis 2. Demonstrasi pengaruh gaya sehari hari pegas, kayu, terhadap perubahan panjang besi, dan lain- pegas/karet lain - 4.6 Mengolah dan menganalisis Benda yang Menanya tidak elastis: Mendiskusikan sifat benda elastis, plastisin, pasir, batas elastisitas, pengaruh gaya dan lain-lain terhadap benda elastis hasil percobaan tentang sifat elastisitas suatu Konsep Eksperimen/Eksplorasi - Pengertian 1. Mendemontrasikan menarik elastisitas dua karet, berbeda jenis bahan - - Tegangan, 2. Melakukan percobaan hukum regangan, dan Hooke dengan menggunakan modulus pegas/karet, mistar, beban elastisitas gantung, dan statif secara Konstanta berkelompok pegas Mengasosiasi Prinsip Menyimpulkan hubungan antara Hukum Hooke perubahan panjang dengan besar gaya (skala neraca pegas). Prosedur Percobaan Hukum Mengomunikasikan Hooke 1. Menyampaikan mempresentasikan hasil penugasan 2. Membuat laporan hasil percobaan Elastisitas Apakah kamu pernah melihat karet gelang? Pernahkah kamu memainkannya? Ketika dirimu menarik karet gelang sampai batas tertentu, karet tersebut bertambah panjang. Silahkan dicoba kalau tidak percaya. Jika tarikanmu dilepaskan, maka karet akan kembali ke panjang semula. Demikian juga ketika dirimu merentangkan pegas, pegas tersebut akan bertambah panjang. Tetapi ketika dilepaskan, panjang pegas akan kembali seperti semula. Apabila di laboratorium sekolah kamu terdapat pegas, silahkan melakukan pembuktian ini. Regangkan pegas tersebut dan ketika dilepaskan maka panjang pegas akan kembali seperti semula. Mengapa demikian? Hal itu disebabkan karena benda-benda tersebut memiliki sifat elastis. Sekarang, perhatikanlah meja dan kursi yang sedang kamu tempati. Apakah mereka termasuk benda elastis? Apakah fisik meja dan kursi tersebut lentur? Tentu saja tidak. Meja dan kursi terbuat dari bahan yang keras dan jika diberi perlakuan tidak akan kembali kebentuk semula. Masih banyak contoh benda yang tidak elastis, satu diantaranya adalah plastisin. A. Elastisitas Bahan Elastis atau elastisisitas adalah kemampuan sebuah benda untuk kembali ke bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang. Apa yang terjadi jika sebuah kawat atau batang logam ditarik oleh gaya? Jawabannya dapat kalian lihat pada Gambar 1. Batang yang panjang mula-mula l0 menjadi l saat ditarik gaya F, berarti terjadi pertambahan panjang Δl. Sifat seperti ini dinamakan elastis. Jika pemberian gaya tidak melebihi sifat elastisnya maka penambahan panjang itu akan kembali lagi seperti pada Gambar 2. Gambar 1 Gambar 2 Perlu kamu ketahui bahwa gaya yang diberikan juga memiliki batas-batas tertentu. Sebuah karet bisa putus jika gaya tarik yang diberikan sangat besar, melawati batas elastisitasnya. Demikian juga sebuah pegas tidak akan kembali ke bentuk semula jika diregangkan dengan gaya yang sangat besar. Jadi benda-benda elastis tersebut memiliki batas elastisitas. Ada tiga besaran yang perlu diperhatikan pada sifat ini yaitu seperti penjelasan berikut. 1. Regangan atau strain Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang batang dengan panjang mula-mula. e= ∆𝐿 𝐿 ................................... (Pers. 1) 2. Tegangan atau stress Tegangan atau stress adalah besarnya gaya yang bekerja tiap satu satuan luas penampang. 𝐹 σ = ................................... (Pers. 2) 𝐴 3. Modulus elastisitas Modulus elastisitas adalah besaran yang menggambarkan tingkat elastisitas bahan. Modulus elastisitas disebut juga modulus Young yang didefinisikan sebagai perbandingan stress dengan strain. E= 𝜎 𝑒 ................................... (Pers. 3) Contoh Soal Kawat logam panjangnya 80 cm dan luas penampang 4 cm2. Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 50 N. Ternyata panjangnya menjadi 82 cm. Tentukan: a. regangan kawat, b. tegangan pada kawat, c. modulus elastisitas kawat! Diketahui: l0 = 80 cm l = 82 cm ; ∆l = 82 - 80 = 2 cm A = 4 cm2 = 4 x 10-4 m2 F = 50 N Ditanya: 𝑒; 𝜎; 𝑑𝑎𝑛 𝐸 Penyelesaian: a. Regangan: 𝑒= ∆𝑙 2 = = 2,5. 10−2 𝑙0 80 b. Tegangan: 𝜎= 𝐹 50 = = 1,25.105 𝑁/𝑚2 𝐴 4.10−4 c. Modulus elastisitas: 𝐸= 𝜎 1,25.105 = = 5.106 𝑁/𝑚2 𝑒 2,5.102 B. Hukum Hooke Pada Gambar 1 dan 2 kalian telah belajar tentang elastisitas bahan termasuk pada pegas. Sifat elastisitas pegas ini juga dipelajari oleh Robert Hooke (1635-1703). Pada eksperimennya, Hooke menemukan adanya hubungan antara gaya dengan pertambahan panjang pegas yang dikenai gaya. Besarnya gaya sebanding dengan pertambahan panjang pegas. Konstanta perbandingannya dinamakan konstanta pegas dan disimbulkan k. Dari hubungan ini dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut. Gambar 3 𝐹 ~ ∆𝑥 atau 𝐹 = 𝑘 ∆𝑥 ............................. (Pers. 4) dengan: F = gaya (N) Δx = pertambahan panjang pegas (m) k = konstanta pegas (N/m) Contoh Soal Sebuah pegas memiliki panjang 20 cm. Saat ditarik dengan gaya 12,5 N panjang pegasnya menjadi 22 cm. Berapakah panjang pegas jika ditarik gaya sebesar 37,5 N? Diketahui: x0 = 20 cm F1 = 12,5 N → x1 = 22 cm ∆x1 = 22 − 20 = 2 cm F2 = 37,5 N → ∆x2 = ? Ditanya: x2 Penyelesaian: Dari keadaan pertama dapat dihitung konstanta pegas sebagai berikut. F1 = k ∆x1 12,5 = k . 2.10-2 𝑘 = 12,5 2.10−2 = 625 N/m Berarti panjang pegas saat diberi gaya F2 dapat diperoleh: F2 = k ∆x2 37,5 = 625 . ∆x2 = 0,06 m = 6 cm Jadi panjangnya menjadi: x2 = x0 + ∆x2 = 20 + 6 = 26 cm Lembar Kerja Siswa (LKS) Prosedur Percobaan “Hukum Hooke” A. Tujuan Mempelajari pengaruh gaya terhadap perpanjangan pegas. B. Alat dan bahan 1) Pegas (1 buah) 2) Penggaris (1 buah) 3) Beberapa beban dengan massa: 150 gr (1 buah) 200 gr (1 buah) 250 gr (1 buah) 300 gr (1 buah) 4) Statif Gambar 4 (1 buah) C. Kegiatan 1) Gantungkan salah satu ujung pegas pada statif seperti pada Gambar 4. Kemudian ukur panjang pegas mula-mula (x0). 2) Gantungkan beban (m = 150 gr) pada ujung bawah pegas hingga pegas memanjang. Beban akan memberikan gaya pada pegas sebesar F = w = mg. Untuk g = 9,8 m/s2. 3) Ukurlah panjang pegas setelah diberi beban (x). Kemudian hitung pertambahan panjang pegas itu, ∆x = x - x0 4) Ulangi kegiatan (2) dan (3) dengan mengubah beban m, menjadi 200 gr, 250 gr, dan 300 gr. D. Tugas a. Catat semua data pada tabel! b. Jawablah pertanyaan berikut ini: 1) Apa yang terjadi pada pegas ketika beban A (150 gr) digantungkan? 2) Apa yang terjadi pada pegas ketika beban B (200 gr) digantungkan? Bagaimana pertambahan panjang pegas tersebut jika dibandingkan dengan beban A sebelumnya? 3) Apa yang terjadi pada pegas ketika beban C (250 gr) digantungkan? Bagaimana pertambahan panjang pegas tersebut jika dibandingkan dengan beban A dan beban B sebelumnya? 4) Apa yang terjadi pada pegas ketika beban D (300 gr) digantungkan? Bagaimana pertambahan panjang pegas tersebut jika dibandingkan dengan beban A, beban B, dan beban C sebelumnya? c. Buatlah grafik hubungan F dengan ∆x! d. Buatlah simpulan dari kegiatan ini! Lembar Kerja Siswa (LKS) Hasil Percobaan “Hukum Hooke” a. Tabel Hasil Percobaan m (kg) F (N) x0 (m) x (m) ∆x = x - x0 (m) b. Jawaban Pertanyaan 1) ………………………………………………………………………………………….. 2) ………………………………………………………………………………………….. 3) ………………………………………………………………………………………….. 4) ………………………………………………………………………………………….. c. Grafik Hubungan F - ∆x ∆x F d. Kesimpulan ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Daftar Pustaka Handayani, Sri dan Ari Damari. 2009. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XI. Jakarta: CV. Adi Perkasa.
