B A B 6 E L A S T IS
M S M
IN IT D A D A A P N P IN H G U K U M H O O K E
1
FISIKA ITU ASYIK (Yohanes Surya, Ph.D.)
2
Bab 1 ELASTISITAS DAN HUKUM HOOKE I. Elastisitas dan Modulus Elastisitas Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula jika gaya yang mengubah bentuk benda itu dilepaskan atau dihilangkan. Benda yang tidak kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan disebut benda plastis. Benda yang sangat sukar kembali ke bentuk semula disebut benda yang mudah patah (brite). Benda yang mudah untuk kembali ke bentuk semula disebut benda elastis Ukuran elastisitas suatu bahan dinamakan modulus elastisitas. Ada tiga jenis modulus elatisitas : 1) Modulus Young
Gaya
yang diberikan mengubah panjang benda
2) Modulus Shear Gaya yang diberikan menggeser bagian atas benda terhadap bawahnya 3) Modulus Bulk
Gaya
yang diberikan mengubah volume benda
Gambar 6.1 Ilustrasi yang menunjukkan Modulus Young (a), Modulus Shear (b) dan Modulus Bulk (c)
II. Tegangan, Regangan dan Modulus Young Tegangan/Stress (σ) didefinisikan sebagai gaya (F) yang mengubah panjang suatu benda dibagi dengan luas penampang (A) benda itu Dirumuskan dengan persamaan :
=
Satuan Tegangan (σ) adalah N/m2
... (6.1)
Regangan/Strain (e) didefinisikan sebagai perubahan panjang (ΔL) benda dibagi dengan panjang mula-mulanya (L) Dirumuskan dengan persamaan :
= ∆ Regangan (e) tidak memiliki satuan
3
... (6.2)
Dari percobaan berbagai bahan, ditemukan bahwa untuk bahan yang sama, nilai tegangan dibagi regangan selalu sama besar, meskipun gaya, luas penampang dan panjang bahan dibuat berbeda. Nilai tegangan (σ) dibagi regangan (e) ini disebut modulus Young (E)
=
... (6.3)
. = .∆
... (6.4)
Satuan Modulus Elastisitas adalah N/m2 (Pa). Tabel 6.1 Modulus elastisitas berbagai bahan
Material
x 109 N/m2
Karet
0,01–0,1
Teflon
0,5
Nilon
2–4
Kayu
9 - 11
Tulang manusia
14
Magnesium (Mg)
45
Aluminum
69
Kaca
50–90
Gigi
83
Kuningan
100–125
Perunggu
96-120
Titanium (Ti)
110.3
Tembaga
117
Fiber Glass
40–45
Baja
200
Batu safir
435
Intan
1.220 Sumber : en.wikipedia.org
Untuk benda yang sama (jenisnya, panjangnya dan luasnya), dapat diperoleh :
= ..∆ = ( . ). ∆
= . ∆ 4
... (6.5)
Persamaan 1.5 dikenal dengan nama Hukum Hooke. Konstanta yang tetap (k) disebut dengan tetapan pegas
= .
... (6.6)
III. Kurva Elastisitas Bahan Yang dimaksud kurva elastisitas bahan adalah kurva Tegangan (stress) terhadap Regangan (strain) dari suatu bahan. Kurva elastisitas benda elastis berbeda dengan benda mudah patah
Gambar 6.2 Kurva elastisitas benda elastis
Dari titik asal 0 ke titik A disebut daerah berlakunya Hukum Hooke, menyatakan bahwa benda kembali ke bentuk semula jika stress dihilangkan sesuai dengan hukum Hooke, grafik berbentuk linier. Dari titik A ke titik B benda masih bersifat elastis, yaitu kembali ke bentuk semula, tetapi hukum Hooke sudah tidak berlaku, grafik tiidak linier. Dari titik B sampai titik C benda sudah tidak kembali ke bentuk semula Dari titik C sampai titik D benda sudah rusak Di titik D benda patah
5
Gambar 6.3 Kurva elastisitas benda mudah patah
Penamaan titik A, B dan C sama dengan kurva sebelumnya Jarak antara titik C dan titik D sangat dekat sehingga berimpit Daerah linier antara proses compression (ditekan) dan tension (ditarik) tidaklah sama Fatique (kelelahan) adalah kemampuan bahan untuk patah jika gaya diulang berkali-kali. Pada kondisi gaya yang sama diulang terus menerus, titik C akan hilang dan benda akan gagal memberikan kondisi A dan B. Contoh : Penjepit kertas yang berkali-kali ditekuk suatu saat akan patah
IV. Pegas Pegas adalah benda elastis yang dapat menyimpan energi mekanik, biasanya terbuat dari kawat baja yang dibentuk spiral. Robert Hooke (Fisikawan Inggris) di tahun 1676 menemukan prinsip fisika yang mendasari pegas, yang disebut Hukum Hooke :
= .∆
... (6.7)
Dengan k disebut sebagai konstanta pegas dengan satuan N/m, ΔL adalah pertamabahan panjang pegas Catatan : Rumus ini hanya berlaku sampai gaya maksimum tertentu saja
V. Susunan Pegas Beberapa pegas dapat dirangkaikan bersama-sama dengan cara seri atau paralel atau juga campuran seri dan paralel. Rangkaian gabungan pegas dapat menghasilkan nilai konstanta pegas yang berbeda.
6
Rangkaian Pegas Seri
k1 k2 k3 Gambar 6.4 Tiga buah pegas dirangkaikan secara seri
Pada rangkaian seri, gaya F yang diberikan pada sistem pegas akan menarik setiap pegas dengan gaya F juga sehingga :
F = F1 = F2 = F3
... (6.8)
Karena setiap pegas ditarik oleh gaya F, maka setiap pegas akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda karea konstanta setiap pegas tidak sama, maka panjang gabungan rangkaian pegas adalah :
ΔLgab = ΔL1 + ΔL2 + ΔL3
... (6.9)
=++ 1 2 3
= + +
... (6.10)
Rangkaian Pegas Paralel
k1
k2
k3
Gambar 6.5 Tiga buah pegas dirangkaikan secara paralel
Pada pegas rangkaian paralel yang ditarik oleh gaya F, pertambahan panajang sistem pegas akan sama dengan pertambahan panjang masing-masing pegas, atau :
ΔLgab = ΔL1 = ΔL2 = ΔL3
... (6.11)
Gaya tarik yang bekerja terbagi ke tiga pegas yang ada, sehingga :
F = F1 + F2 + F3
... (6.12)
kpar.ΔL = k1.ΔL1 + k2.ΔL2 + k3.ΔL3
kpar = k1 + k2 + k3 7
... (6.13)
Pertanyaan Konsep 1. Apa yang dimaksud dengan Elastisitas dan berikan contohnya! 2. Manakah yang lebih elastis: Tulang manusia atau gigi manusia? Jelaskan! 3. Modulus elastisitas besi lebih besar daripada modulus elastis aluminium. Manakah yang lebih mudah bertambah panjang jika ditarik? Berikan alasannya! 4. Dua buah kawat tembaga A dan B memiliki dimensi yang berbeda. Panjang A dua kali panjang B sementara luas penamapang kawat A setengah kali kawat B. Ketika ditarik dengan gaya yang sama besar, kawat manakah yang pertambahan panjangnya lebih besar? 5. Mana yang lebih baik dari segi meredam guncangan, motor honda Supra X yang memiliki 2 back sock breaker atau motor matic Yamaha Mio yang memiliki 1 back sock breaker ? Jelaskan! 6. Apa perbedaan dari benda yang bersifat plastis dan benda yang mudah patah? Berikan contohnya! 7. Apa dimensi stress (tegangan), strain (regangan) dan modulus Young? Uraikan! 8. Dapatkah kita menghitung modulus Young dari air? Bagaimana caranya? 9. Jika kita memiliki dua buah pegas yang memiliki nilai konstanta pegas yang sama, bagaimana cara untuk memperkecil dan memperbesar konstanta pegasnya? 10.Dua buah pegas dengan konstanta pegas A = 100 N/m dan kosntanta pegas B = 200 N/m dihubungkan ujungnya. Lalu dua orang anak menarik masing-masing ujung pegas A dan B saling menjauhi. Ketika kedua anak itu melepas pegas secara bersamaan, pegas manakah yang lebih dulu kembali ke bentuk semula? Jelaskan!
8
PRAKTIKUM KONSTANTA PEGAS I. TUJUAN PERCOBAAN Mencari nilai konstanta pegas tunggal, pegas seri dan pegas paralel
II. TEORI DASAR (Bacalah materi pembelajaran di atas!)
III. ALAT DAN BAHAN 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)
Satu buah pegas Beberapa buah beban dengan berat 50 g dan 100 g Statif Penggaris Benang kasur Busur derajat Gunting
IV. LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN 1. Tuliskan nomor pegas yang kamu pakai 2. Gantungkan pegas pada statif 3. Gantungkan beban 100 g pada ujung pegas dan ukur pertambahan panjang pegas (sebelum diberi beban dan sesudah diberi beban). (ambil nilai percepatan gravitasi sebesar 9,78 m/s2) 4. Lakukan hal yang sama (no. 3) untuk beban yang berbeda-beda massanya sebanyak 4 kali lagi dan ukur untuk masing-masing beban pertambahan panjangnya (sebelum diberi beban dan sesudah diberi beban) yaitu ΔL. 5. Buat grafik F terhadap ΔL dengan membuat skala sbb. : (sesuaikan dengan rentang data pada no. 4) Skala sumbu x (ΔL) ....... meter. Skala sumbu y (F) newton.
panjang
panjang
garis 1 cm pada skala sb. x mewakili ΔL =
garis 1 cm pada skala sb. y mewakili F = ......
6. Plot nilai yang kamu peroleh dalam grafik F terhadap ΔL untuk pegas tunggal (ada 5 titik pada grafik). 7. Tariklah sebuah garis lurus terbaik yang paling mendekati semua titik percobaan pada kurva, ukurlah sudutnya (θ) terhadap garis mendatar dan hitunglah nilai konstata pegasnya dengan rumus :
k...... = Tan θ .
. .
8. Bergabunglah dengan kelompok lain , catat nomor pegas kelompok tersebut. 9
9. Gabungkan pegas kelompokmu dengan pegas kelompok lain tersebut secara SERI. 10. Ulangi langkah 2 sampai langkah 7 11. Gabungkan lagi pegas kelompokmu dengan pegas kelompok lain tersebut secara PARALEL. 12. Ulangi langkah 2 sampai langkah 7 13. Jawab pertanyaan-pertanyaan yang diberikan 14. Ambil Kesimpulanmu!
V. DATA PERCOBAAN V.1 PEGAS TUNGGAL Nomor Pegas : ........... Gunakan nilai g = 9,78 m/s 2 Perc. 1
Perc. 2
Perc. 3
Perc. 4
Perc. 5
100
200
300
400
500
Massa (gr) Berat (N) Δ L (m)
GRAFIK F TERHADAP ΔL Skala sumbu x (ΔL) Skala sumbu y (F)
panjang
panjang
garis 1 cm pada skala sb. x mewakili ΔL = ....... meter.
garis 1 cm pada skala sb. y mewakili F = ...... newton.
)
Sudut θ = ...............
( F
Nilai konstanta pegas :
a e
k ..... = Tan ........... x
t a r e
………….. ⬚ …………..
k ..... = ................... N/m
Pertambahan panjang – ΔL (m)
10
V.2 RANGKAIAN PEGAS SERI Nomor Pegas 1 : ........... Nilai konstanta Pegas 1 = ........... Nomor Pegas 2 : ........... Nilai konstanta Pegas 2 = ...........
Massa (gr)
Perc. 1
Perc. 2
Perc. 3
Perc. 4
Perc. 5
100
200
300
400
500
Berat (N) Δ L (m) GRAFIK F TERHADAP ΔL Skala sumbu x (ΔL)
panjang
garis 1 cm pada skala sb. x mewakili ΔL = ....... meter.
Skala sumbu y (F) panjang garis 1 cm pada skala sb. y mewakili F = ...... newton. )
Sudut θ = ...............
( F
Nilai konstanta pegas :
a e
k seri ..... = Tan ........... x
t a r e
………….. ⬚ …………..
k seri ..... = ................... N/m
Pertambahan panjang – ΔL (m)
V.2 RANGKAIAN PEGAS PARALEL Nomor Pegas 1 : ........... Nilai konstanta Pegas 1 = ........... Nomor Pegas 2 : ........... Nilai konstanta Pegas 2 = ...........
Massa (gr)
Perc. 1
Perc. 2
Perc. 3
Perc. 4
Perc. 5
100
200
300
400
500
Berat (N) Δ L (m)
11
GRAFIK F TERHADAP ΔL Skala sumbu x (ΔL)
panjang
garis 1 cm pada skala sb. x mewakili ΔL = ....... meter.
Skala sumbu y (F) panjang garis 1 cm pada skala sb. y mewakili F = ...... newton. ) ( F
Sudut θ = ............... Nilai konstanta pegas :
a e t a r e
k par ..... = Tan ........... x
………….. ⬚ …………..
k pari ..... = ................... N/m
Pertambahan panjang – ΔL (m)
VI.
JAWABLAH PERTANYAAN DI BAWAH INI 1. Hitung nilai konstanta pegas seri dengan cara rumus (pers 1.4)! Nilai k seri dari percobaan = .............. Nilai k seri dari rumus = Bandingkan hasilnya dengan hasil percobaan, bagaimana hasilnya? 2. Hitung nilai konstanta pegas paralel dengan cara rumus (pers 1.7). Nilai k paralel dari percobaan = .............. Nilai k paralel dari rumus = Bandingkan hasilnya dengan hasil percobaan, bagaimana hasilnya? 3. Jika ada perbedaan, jelaskan mengapa demikian! 4. Sebutkan minimal 3 kesalahan yang mungkin terjadi dalam percobaan ini! 5. Teruskan garis yang kalian buat pada kurva ke belakang hingga menyentuh sumbu y, dan perkirakan nilai massa pada titik yang disentuh garis kurva di sumbu y tersebut: Pegas tunggal Pegas seri
m=
Pegas paralel
m=
m=
Menurutmu apa makna dari nilai m tersebut?
VII. KESIMPULAN (berikan minimal 3 buah kesimpulanmu dari percobaan ini)
12
PENEMU ROBERT HOOKE PENEMU JENIUS YANG TERLUPAKAN Robert Hooke lahir di Inggris tahun 1635, kemudian bekerja sebagai pengawas eksperimen di Royal Society of British (1662 - 1677). Hooke adalah seorang penemu yang brilian. dia menciptakan kopling, yang dipakai utk kendaraan bermotor saat ini; diafragma iris, yg mengatur bukaan lensa kamera; dan kendali pegas pada roda penyeimbang arloji; bahkan dia membuat pompa udara untuk Robert Boyle. Hukum Hooke adalah teori tentang elastisitas pegas yang sampai sekarang dipakai untuk patokan. Prestasi terbesar Hooke adalah dengan menciptakan mikroskop majemuk (Hookscop) yang kemudian dikembangkan oleh Christopher Crock. "Sel" adalah kata ciptaannya utk menggambarkan rongga-rongga berbentuk sarang lebah pada gabus, kata "sel" kemudian digunakan untuk unit dasar pembentuk makhluk hidup. Bukunya, Micrographia (gambar-gambar kecil), yang diterbitkan tahun 1655, memuat gambar kehidupan serangga yang dia gambar dengan indah dan akurat berdasarkan apa yang dia lihat di bawah mikroskopnya. Dia menggambarkan sketsa kutu dalam sketsa berukuran 30x45 cm dengan detail dari mulai cakar, tulang belakang, sampai kulit kerasnya. Konon gambar kutu yang hidup sebagai parasit ini, mengejutkan para pembacanya. Bahkan, para wanita terhormat sampai jatuh pingsan ketika melihat gambar itu! Dalam bukunya Hooke menulis, "Mikroskop memungkinkan untuk melihat ratusan kali ujung lancip dari jarum yang lebih tajam". Untuk pertama kali mikroskop menyingkapkan "dunia organisme hidup yang luar biasa kompleks" menurut Encyclopedia Britannica. Hooke adalah orang pertama yang memeriksa fosil dan menyebutkannya sebagai jasad atau sisa organisme yang sudah lama mati. Setelah kebakaran London 1666, Hooke diangkat menjadi juru survei untuk pembangunan kembali London, bersama dengan Christopher Wren. Hooke membuat Monumen peringatan setinggi 62 meter di London, pilar itu dibuat tanpa penopang, dan dia berniat menggunakannya untuk menguji teori gravitasi dan diapun ikut berpatisipasi dalam pembuatan Royal Observatory Greenwich oleh Wren. Montague House , gedung pertama British Museum pun salah atau karya nya. Hooke adalah astronom hebat, termasuk orang pertama yang membuat teleskop pemantul, yang dinamainya dengan nama astronom dan ahli matematika Skotlandia, James Gregory. Berdasarkan pengamatannya, planet Yupiter berputar pada porosnya dan sketsa Mars karyanya digunakan 2 abad kemudian sebagai penentu kecepatan rotasi planet tersebut.
13
Tahun 1687, Sir Isaac Newton menerbitkan Mathematical Principles of natural Philosophy . Buku tersebut terbit 22 tahun setelah Micrographia Hooke, menguraikan hukum gerakan termasuk hukum Gravitasi. tetapi, menurut Allan Chapman (Sejarawan sains Universitas Oxford), Hooke sudah terlebih dahulu mengungkapkan hukum gravitasi ini. Karena perdebatan tentang optika dan gravitasi, hubungan Hooke dan Newton rusak, bahkan Newton menghapuskan nama Hooke dari Mathematical Principles . Selain itu karya-karya Hooke serta satu-satunya potret dirinya ikut hilang, tak lama setelah Newton menjadi ketua Royal Society of British . Tahun 2003, dalam rangka memperingati 300 tahun meninggalnya Hooke, Royal Observatory Greenwich di London memamerkan beberapa temuannya yang luar biasa dan para ilmuwan berusaha keras untuk memulihkan reputasi Hooke sebagai "penemu jenius yang terlupakan" begitu menurut penulis biografi Stephen Inwood. Robert Hooke meninggal di London pada tanggal 3 Maret 1703. Sumber: http://tokohternama.blogspot.com /
Uji Kompetensi ESSAY 1. Kawat baja sepanjang 10 m ditarik dengan gaya 20 N. Jika luas penampang baja 2 x 10-4 m2 dan modulus Young Baja adalah 40 x 109 N/m2, carilah : a. Pertambahan panjang kawat baja b. Regangan kawat baja c. Tegangan kawat baja d. Tetapan pegas kawat baja 2. Tali nilon dengan luas penampang 1 x 10-3 m2 memiliki panjang 20m. Jika tali tersebut memiliki Modulus Young 5 x 109 N/m2 dan digantung beban 40 N, carilah : a. Tegangan tali nilon b. Regangan tali nilon c. Pertambahan panjang tali nilon d. Tetapan pegas tali nilon e. Pertambahan panjang tali nilon jika beban diganti dengan seberat 80N f. Berat beban yang digantung jika pertambahan panjangnya 8 x 10-5 m 3. Pada sebuah kawat baja (E=2 x 1011 N/m2) sepanjang 50 cm digantungkan beban seberat 10 kg. Jika luas penampang baja itu 2 mm2, carilah : a. Tegangan pada kawat baja b. Regangan pada kawat baja c. Pertambahan panjang kawat baja d. Konstanta pegas kawat baja itu 14
4. Sebuah kawat yang panjangnya 30 cm dan penampang 20 mm2 ditarik dengan gaya 40.000 newton. Berapa meter pertambahan panjang kawat tersebut bila E = 1,6 x 1011 N/m2? 5. Sebuah beban digantungkan pada dua buah pegas yang dihubungkan paralel yang konstanta pegasnya masing-masing 200 N/m dan 100 N/m. Berapa cm pegas tersebut bertambah panjang jika massa beban 3 kg? 6. Sebuah pegas vertical dengan panjang tanpa beban 50 cm, diikat pada ujung atasnya. Ketika benda bermassa 100 g diletakkan di atas suatu wadah yang digantung pada ujung bawah pegas, panjang pegas menjadi 58 cm. Ketika benda bermassa 200 g diletakkan di atas wadah, panjang pegas menjadi 60 cm. Berapa gram massa wadah itu? 7. Berapakah diameter d minimum sebuah kawat alumunium untuk ditarik oleh gaya 800π N tanpa kehilangan sifat elastisitasnya? (Batas tegangan tarik alumunium adalah 200 Mpa) 8. Sebuah batang kaku berat ditahan mendatar di tempatnya oleh 2 utas kawat vertical A dan B, yang memiliki panjang awal sama dan mengalami pertambahan panjang yang sama. Jika perbandingan diameter A dan B sama dengan 3 dan perbandingan modulus elastisitas A dan B sama dengan 2, hitunglah perbandingan gaya tegangan dalam kawat A dan B. 9. Seutas kabel baja yang memiliki penampang 6 cm2 digunakan sebagai penahan suatu lift yang beratnya 24.000 N. Jika tegangan pada kabel tidak boleh melebihi 20% dari batas elastisitas kabel 32.000 N/cm 2, tentukan percepatan ke atas maksimum yang dibolehkan! 10.Pada percobaan untuk mencari konstanta pegas, diperoleh data percobaan sebagai berikut : No Percobaan 1 2 3 4 5
Massa beban 100 gr 200 gr 300 gr 400 gr 500 gr
Perubahan panjang pegas 1,1 cm 4,7 cm 8,6 cm 12,3 cm 16,5 cm
a. Buatlah grafik F terhadap ΔL dari data percobaan tersebut (g = 9,8 m/s2) dalam kertas milimeter block! b. Carilah nilai konstanta pegas dari grafik tersebut1 11.Sebuah pegas panjangnya 60 cm bila dibebani seberat 300 g yang digantungkan pada ujung pegas tersebut dan menjadi 90 cm jika dibebani seberat 600 g. Berapakah tetapan pegas tersebut? 12.Sebuah pegas memiliki tetapan k = 50 N/m. Ketika beban dengan massa 200 g digantungkan pada ujung pegas tersebut, ternyata panjang pegas menjadi 40 cm. Berapakah panjang pegas mula-mula?
15
13.Grafik hubungan antara gaya F terhadap pertambahan panjang x suatu pegas ditunjukkan pada gambar berikut. Dari grafik tersebut tentukan : F (N)
a. Tetapan pegas
b. Pertambahan panjangnya pada gaya 80 N? 50 c. Gaya yang diberikan jika ΔL = 0,03 m?
0,05
ΔL
(m)
14.Jika sebuah pegas dengan konstanta pegas 100 N/m ditarik kedua ujungnya dengan gaya 5 N dan 10N, berapakah panjang pegas sekarang jika panjang ulamulanya 25 cm? 15.Diberikan 4 buah pegas yang nilai konstantanya sama, yaitu 2 N/m. Carilah semua rangkaian pegas yang mungkin dibentuk dan besarnya konstanta penggantinya masing-masing! 16.Carilah tetapan pegas pengganti dari keempat rangkaian pegas di bawah ini jika masing-masing pegas memiliki tetapan pegas k : a)
b)
d)
c)
17.Jika k1 = k 2 = 100 N/m, k 3 = k 4 = 200 N/m, k 5 = 300 N/m dan massa beban 1 kg, carilah : a. Konstanta pegas pengganti !
k1
k2
k4
b. Pertambahan panjang sistem pegas !
k3
c. Pertambahan panjang masing2 pegas!
k5 m
18.Jika k1 = k2 = k3 = 200 N/m, k 4 = k5 = 400 N/m dan massa beban 1 kg, carilah : a. Konstanta pegas pengganti !
k2
b. Pertambahan panjang sistem pegas ! c. Pertambahan panjang masing2 pegas !
k1
k3 k4 k5 m
19.Sebuah pegas sepanjang 20 cm dengan konstanta pegas 500 N/m digantung pada sebuah lift dan diberi beban 2 kg. Berapakah panjang pegas jika lift : a) Diam ! 16
b) Bergerak ke atas dengan kecepatan tetap 10 m/s ! c) Bergerak ke bawah dengan kecepatan tetap 10 m/s ! d) Bergerak ke atas dengan percepatan 2 m/s2 ! e) Bergerak ke bawah dengan percepatan tetap 2 m/s2 ! 20.Pegas dengan konstanta 200 N/m digantung dengan beban seberat 1 kg hingga panjangnya menjadi 25 cm. Kemudian pegas itu dibawa ke atas gedung setinggi 50 m lalu dilepaskan ke bawah. Berapakah panjang pegas ketika sistem itu jatuh (anggap jatuh secara vertikal)!
Uji Kompetensi PG 1. Dua buah kawat x dan y panjangnnya masing-masing 1 m dan 2 m ditarik dengan gaya sama sehingga terjadi pertambahan panjang masing-masing 0,5 mm dan 1 mm. Jika diameter kawat y = 2x, makak perbandingan modulus Young x terhadap y adalah ... a. 1 : 1
d. 1 : 4
b. 1 : 2
e. 4 : 1
c. 2 : 1 2. Sebuah benda mempunyai luas penampang 2 cm2, diberi gaya 10 N sehingga panjang benda menjadi 60 cm. Jika modulus elastisitas benda adalah 1.105 N/m2, panjang mula-mula benda itu adalah ... a. 20 cm
d. 50 cm
b. 30 cm
e. 60 cm
c. 40 cm 3. Seutas kawat yang memiliki penampang 5 mm diberikan gaya F = 10 N. Panjang kawat mula-mula 8 cm dan setelah ditarik bertambah 0,08 cm. Regangannya adalah ... a. 10-1
d. 10-4
b. 10-2
e. 10-5
c. 10-3 4. Kawat berpenampang 16 mm2 panjangnya 80 cm ditarik dengan gaya 40 N sehingga panjangnya bertambah 0,5 mm. Modulus elastisitas kawat adalah ... a. 4 . 102 N/m2
d. 2,5 . 109 N/m2
b. 1,6 . 103 N/m2
e. 4,0 . 109 N/m2
c. 1,6 . 109 N/m2 17
5. Suatu beban yang digantung pada ujung bebas seutas kawat baja vertikal menghasilkan pertambahan panjang x. Pertambahan panjang ini dapat dijadikan setengahnya dengan menggunakan ... a. Kawat yang identik tetapi panjangnya setengah kali b. Kawat yang identik tetapi luas penampangnya setengah kali c. Beban setengah semula dan luas penampang kawat setengah kali d. Bahan yang berbeda yang modulus elastisitasnya setengah kali semula e. Kawat dengan bahan yang sama tetapi jari-jari penampang setengah kali 6. Sebuah kawat baja sepanjang 2 m dan luas penampang 4 mm 2. Modulus elastisitas batang baja 2 x 105 N/mm2. Supaya batang baja dapat bertambah panjang 3 mm, harus ditarik dengan gaya sebesar ... a. 1,2 x 10-3 N
d. 1,2 x 10-2 N
b. 2,4 x 10-3 N
e. 2,4 x 10-2 N
c. 4,8 x 10-3 N 7. Salah satu cara untuk menjaga elastisitas dari suatu bahan adalah ... a. Sekali-kali memberikan gaya yang melebihi batas elastisitas bahan tersebut b. Selalu menjaga agar gaya yang diberikan tidak melebihi batas elastisitas c. Sering menarik-narik benda tersebut d. Sekali-kali memanaskan benda tersebut e. Memasukkan benda itu ke freezer 8. Dua kawat masing-masing terbuat dari logam P dan Q. Panjang L dan diameter D masing-masing memenuhi hubungan LP = 2 L Q dan DQ = 2 DP. Jika kedua kawat ditarik dengan gaya yang sama besa, maka perbandingan pertambahan panjang kedua kawat adalah ΔLP/ΔLQ = 2. Perbandingan modulus Young YQ/YP kedua kawat di atas bernilai ... a. 1
d. ½
b. 2
e. ¼
c. 4 9. Sebatang logam mempunyai panjang 1 m dan luass penampang 2 cm 2. Ujungujung batang ditekan dengan gaya 200 N sehingga panjangnya berkurang 1 cm. Besar modulus elastisitas logam tersebut adalah ... a. 1 . 108 N/m2
d. 4 . 104 N/m2
b. 1 . 10-4 N/m2
e. 1 . 108 N/m2
c. 4 . 10-4 N/m2 10.Lima buah kawat berikut terbuat dari bahan yang sama. Kawat
Panjang
Diameter
1
50 cm
0,1 mm 18
2
100 cm
0,25 mm
3
160 cm
0,4 mm
4
200 cm
0,5 mm
5
220 cm
0,6 mm
Kawat yang memiliki pertambahan panjang yang sama jika masing-masing kawat ditarik dengan gaya yang sama besar adalah ... a. Kawat 1 dan 2
d. Kawat 2, 3 dan 4
b. Kawat 2, 4 dan 5
e. Semua kawat sama
c. Kawat 3 dan 4 11.Seutas kawat luas penampangnya 4 mm2 kemudian diregangkan oleh gaya 3,2 N sehingga bertambah panjang 0,04 cm. Bila panjang kawat mula-mula 80 cm, tegangan kawat adalah ... a. 4 . 105 N/m2
d. 10 . 105 N/m2
b. 6 . 105 N/m2
e. 12 . 105 N/m2
c. 8 . 105 N/m2 12.Seutas kawat baja yang panjangnya 1,0 m dengan luas penampang 2,0 mm2 digunakan untuk mendukung beban 100 kg. Jika modulus elastisitas baja adalah 2,0x1011 N/m2, maka pertambahan panjangnya adalah ... a. 0,0027 mm
d. 1,3 mm
b. 0,03 mm
e. 3,7 mm
c. 0,27 mm 13.Sepotong pegas yang digantung diberi beban 0,1 kg, ternyata mengalami pertambahan panjang 2 cm, maka nilai konstanta pegas tersebut adalah ... a. 10 N/m
d. 45 N/m
b. 15 N/m
e. 50 N/m
c. 20 N/m 14.Sebuah pegas bila ditarik dengan gaya 40 N akan meregang 10 cm. Gaya tarik yang dikerjakan agar pegas meregang sepanjang 7 cm adalah ... a. 4 N
d. 24 N
b. 8 N
e. 28 N
c. 16 N 15.Sebuah pegas yang digantung vertikal panjangnya 15 cm. Jika diregangkan dengan gaya sebesar 0,5 N panjang pegas menjadi 27 cm. Panjang pegas jika diregangkan dengan gaya sebesar 0,6 N sebesar ... a. 32,4 cm
d. 29,0 cm
b. 31,5 cm
e. 30,0 cm
c. 29,4 cm
19
16.Sebuah pegas digantung pada sebuah lift. Pada ujung pagas digantungkan sebuah balok dengan massa 40 g. Jika lift diam, maka pegas bertambah panjang 5 cm. Tetapan pegas (N/m) adalah... a. 2 N/m
d. 8 N/m
b. 4 N/m
e. 10 N/m
c. 6 N/m 17.Tiga buah pegas yang identik mempunyai konstanta 60 N/m disusun seperti pada gambar. Konstanta susunan pegasnya adalah ... a. 30 N/m
d. 120 N/m
b. 40 N/m
e. 180 N/m
c. 90 N/m 18.Perhatikan susunan pegas di bawah ini. Enam pegas identik disusun menjadi dua rangkaian, yaitu X dan Y. Pegas X bertambah panjang 15 cm ketika ditarik dengan gaya 150 N. Agar pegas Y juga bertambah panjang 15 cm, harus ditarik dengan gaya ... a. 150 N
d. 300 N/m
b. 200 N
e. 350 N/m
c. 250 N 19.Perhatikan gambar! Dua buah pegas dengan konstanta pegas k1 = 100 N/m dan k 2 = 200 N/m dirangkai secara paralel. Jika pada gabungan pegas diberi beban bermassa 60 kg maka gaya yang diterima pegas 1 dan pegas 2 adalah ... a. 200 N dan 400 N
d. 500 N dan 100 N
b. 400 N dan 200 N
e. 100 N dan 500 N
c. 300 N dan 300 N 20.Empat buah pegas yang dirangkai dengan konstata masing-masing 1 N/m akan dapat memiliki konstata gabungan yang berikut ini, kecuali... a. ¼ N/m
d. 2 N/m
b. ½ N/m
e. 4 N/m
c. 1 N/m
20
APLIKASI FISIKA FUNGSI SHOCKBREAKER PADA KENDARAAN Pada sebuah kendaraan shockbreaker adalah salah satu perangkat vital. Merawatnya dengan baik adalah kunci untuk memberikan kenyamanan bagi si pengendara dan penumpang. Berikut ini, tips yang perlu anda ketahui dalam merawat bagian dari suspensi tersebut. Sering dilupakan bagi kebanyakan pemilik kendaraan motor atau mobil baru mereka menilai kendaraan mereka sudah nyaman. Meski dikemudikan melewati berbagai kondisi jalan namun penumpang tetap merasa nyaman. Disadari atau tidak kinerja suspensi ada batasnya, bila tidak dijaga dengan baik. Ini sebabnya, pemilik kendaraan perlu mengetahui kelemahan dan kelebihan shockbreaker . Shockbreaker atau peredam kejut -seperti namanya-. Alat ini terbuat dari bahan logam baja. Penggunaan logam baja sebagai bahan dasar memiliki tujuan agar shockbreaker memiliki daya tahan yang cukup lama. Fungsinya sebagai peredam goncangan sehingga bodi tidak bergoyang berlebihan akibat melewati jalan bergelombang.
Apa bila pengemudi mengenai gundukan atau medan, melintas di jalan berlubang, perangkat ini berperan untuk meredam gerakan saat per keongnya bergerak keatas-bawah. Prinsip kerjanya, shockbreaker menekan pegas melalui minyak sehingga dapat mengembangkan gesekan hydrolic yang diperlukan. Hal ini dimaksudkan untuk menghilangkan gerakan suspensi yang berlebihan. Ada 2 cara shockbreaker itu bekerja, pertama sebagai kompresi atau gerakan menutup. Dan kedua, rebound atau dikenal dengan istilah gerakan membuka. Perlu diketahui, shockbreaker bekerja pada masing-masing ban Ia membantu pegas dalam meredam getaran. Semakin sering shockbreaker terkena guncangan dengan beban berlebihan, daya tahannya pun akan semakin berkurang. Akibatnya, shockbreaker kendaraan menjadi lemah yang mengakibatkan body kendaraan terasa melayang saat melaju. Fungsi dasar dari shockbreaker ada dua: Pertama, faktor kenyamanan, yaitu mengurangi getaran dan gerakan dari body , engine, serta penumpang (Sprung Mass). Yang ke dua adalah, faktor keselamatan, yaitu menjaga getaran dari roda, velg, rem dan
21
shockbreaker itu sendiri pada tingkat minimum (Unsprung Mass).
Selain itu ada bagian-bagian dari shockbreaker. Pada dasarnya terdiri dari dua bagian utama yaitu: Spring (pegas), yang berfungsi menahan beban kendaraan dan memberikan fungsi elastisitas pada suspensi serta Damper, yang berfungsi meredam gaya keatas dari elastisitas spring dan menambah fungsi spring (untuk konstruksi double action ).
Selain itu ada beberapa jenis shockbreaker yang digunakan pada motor-motor yang beredar di Indonesia diantaranya: Untuk Suspensi Depan (Front Fork) ada dua macam, 1. Teleskopik normal. Kompresi pipa teleskopik yang terikat di segitiga ditahan pegas di dalam pipa. Lalu rebound nya diatur sirkulasi oli lewat pipa suling di dalam tabung yang terhubung ke as roda depan,” 2. Type Up Side Down . Sistemnya tabungnya terikat di segitiga. Sementara pipa teleskopik yang diameternya lebih kecil dari tabung, terikat pada adaptor as roda depan Maka yang sering kelihatan gerak pipanya, bukan tabung seperti di motor sport, bebek atau skubek standar. Untuk Suspensi Belakang (Rear Cushion) 1. Single Tube, umumnya digunakan untuk motor bebek (cub) seperti Honda Supra, Suzuki Smash, Kawazaki Edge 2. Double Tube, umumnya digunakan untuk motor jenis motor sport seperti Honda MegaPro, Honda Tiger, dan lain-lain. Jadi kesimpulanya adalah, shockbreaker adalah sebuah alat mekanik yang didesain untuk meredam hentakan yang disebabkan oleh energi kinetik. Ada dua jenis shockbreaker untuk shock depan yaitu teleskopik dan USD. Dari Gaya Redam yang dihasilkan, dibedakan menjadi: 1. Single Action. Gaya redam hanya terjadi pada langkah memanjang (Rebound Stroke ) Gaya redam tidak terjadi pada langkah memendek (Compression Stroke ). 2. Double Action. Gaya redam terjadi pada langkah memanjang (Rebound Stroke ) dan langkah memendek (Compression Stroke ) Dari Konstruksinya, menjadi:
dibedakan
1. Mono Tub. Hanya terdiri dari satu tabung. Posisi tabung berada pada bagian atas. 2. Double Tube. Terdiri dari dua tabung. Posisi tabung berada pada bagian bawah.
22
Dari Media Pengisi, dibedakan menjadi: 1. Oil Type. Tabung dalam (cylinder) berisi penuh dengan oli. Pada saat peredam kejut bekerja, oli akan mengisi sebagian ruang pada tabung luar. 2. Gas Type. Tabung dalam (cylinder) berisi penuh dengan oli dan dimasukkan gas nitrogen bertekanan yang akan mengisi ruang pada tabung luar pada saat bekerja. Tiap shokbreaker sudah di sesuaikan dengan karakter kendaraan kita dan kita bisa memodifikasinya dengan catatan part yang sesuai dengan settingan motor, misalnya pergantian shockbreaker belakang motor sport di gunakan untuk shockbreaker belakang motor cub, ini sangat tidak disarankan karena tidak sesuai dengan design awal, tetapi secara teknis bisa saja. Sumber: http://jurigkamera.wordpress.com/2013/12/03/mengenal-sedikit-tentang-shockabsorber-padakendaraan/ http://ilmu-agan.blogspot.com/2013/04/fungsi-shockbreaker-padakendaraan.html
23
