PHYSICS of MARESENG

A.Pengaruh gaya terhadap elastisitas bahan

Jika suatu benda dikenai gaya, maka apa yang terjadi pada benda tersebut? Ada dua akibat yang mungkin terjadi pada benda yang dikenai gaya, yaitu:

Benda mengalami perubahan gerak. Sesuai hukum II Newton, jika SF¹0 maka akan timbul percepatan a = SF/m
Benda akan mengalami perubahan bentuk (deformasi).

Berdasarkan kemampuan melakukan perlawanan terhadap perubahan bentuk dan volume, benda di alam dibagi menjadi tiga macam wujud, yaitu benda padat, cair, dan gas. Perhatikan Tabel 1 berikut!

Tingkat wujud	Bentuk	Volume
Padat	Tetap	Tetap
Cair	Berubah-ubah	Tetap
Gas	Berubah-ubah	Berubah-ubah

tabel 1

Berdasarkan informasi yang tercantum pada Tabel 1, tampak hanya zat padat saja yang dapatmempertahankan bentuk dan volumenya.Bagaimana hubungan ini dengan elastisitas?

Jika suatu benda padat dipengaruhi gaya kemudian bentuknya berubah (misal bertambah panjang), maka partikel-partikel benda tersebut akan melakukan perlawanan terhadap perubahan bentuk.Perlawanan yang ditimbulkan berupa gaya reaksi untuk mempertahankan bentuknya. Gaya ini disebut sebagai gaya elastis. Gaya elastis inilah yang akan mengembalikan benda ke bentuk semula.

B.Modulus young

gambar 1

Perhatikan Gambar 1! Anda tentu masih ingat dengan gaya elastis. Apabila suatu batang logam homogen dengan panjang L dan luas penampang A ditarik dengan gaya F yang arahnya membujur (memanjang), maka panjang batang logam bertambah sebesar DX. Pada kedudukan setimbang gaya elastis (gaya reaksi) ke kiri sama besar dengan gaya tarik ke kanan. Besar gaya elastis tiap satuan luas penampang (F/A) disebut tegangan membujur (stress membujur, simbol σ). Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut.

Keterangan :

F : besar gaya tekan/tarik (N)

A : luas penampang X (m²)

σ: tegangan (N/m²)

Besar pertambahan panjang logam tiap satuan panjang (DX/X) disebut regang jenis (pertambahan panjang fraksional, simbol e ).

Keterangan :

e : regangan (tanpa satuan)

DX: pertambahan panjang (m)

X : panjang mula-mula (m)

Perbandingan antara tegangan dengan regang jenis disebut modulus elastisitas (modulus Young dengan simbol E). Nilai modulus Young dalam batas-batas tertentu adalah konstan (tetap). Jadi, bila batas elastisitas belum dilampaui, maka tegangan berbanding lurus dengan regang jenis. Secara matematis modulus Young (E) ditulis sebagai berikut.

Persamaan di atas menunjukkan bahwa besar pertambahan panjang batang logam akibat ditarik gaya F yang membujur adalah:

berbanding lurus dengan besar gaya tarik (F);
berbanding lurus dengan besar panjang batang semula (X);
berbanding terbalik dengan luas penampang batang logam (A);
bergantung pada jenis bahan batang logam (pada rumus dinyatakan dengan modulus elastis E) berbanding terbalik dengan modulus elastis.

C. Elastis pegas

gambar 2

Gambar 2 menunjukkan pegas spiral yang menahan beban sebesar F. Pegas tersebut akan mengalami pertambahan panjang sebesar DX (DX = X1– X0) selama masih dalam batas-batas elastisitasnya. Pada persamaan masukan rumus 4 adalah tetap, maka dapat diturunkan persamaan F = k ·DX. Dengan k adalah tetapan gaya pegas.

D. Energi potensial pegas

gambar 3

Ketika melakukan suatu kegiatan, energi sangat kita perlukan. Begitu juga saat meregangkan pegas. Energi yang digunakan untuk meregangkan pegas tersebut berubah menjadi energi potensial pegas. Perhatikan Gambar 3! Besarnya energi yang diberikan pada pegas untuk memperpanjang sebesar DX sama dengan usaha yang harus dilakukan untuk keperluan itu. Besar usaha yang dilakukan untuk menarik pegas sama dengan luas daerah yang diarsir pada Gambar 3.

Luas segitiga OAB =½· tinggi x alas

Luas OAB =½· F ·DX

Luas OAB =½·k · DX · DX

Luas OAB =½·k · DX²

Luas segitiga OAB=Usaha=Energi potensial pegas. Jadi, energi potensial pegas adalah Ep=½· k ·DX²

E. Susunan pegas

Dua buah pegas atau lebih dapat disusun secara seri atau paralel atau gabungan keduanya. Susunan pegas tersebut dapat diganti dengan sebuah pengganti.

1. Susunan Seri

gambar 4

Hal-hal yang berkaitan dengan pegas pengganti dari susunan seri adalah sebagai berikut.

Gaya yang menarik pegas pengganti dan masing-masing pegas sama besar. F1 = F2 = F

Pertambahan panjang pegas pengganti sama dengan jumlah pertambahan panjang masing-masing pegas. X= X1 + X2

Tetapan pegasnya atau secara umum dapat dituliskan sebagai berikut.

keterangan :

ks : konstanta pegas pengganti susunan seri

2. Susunan paralel

gambar 5

Hal-hal yang berkaitan dengan pegas pengganti dari susunan pegas 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 masing-masing pegas sama besar (X=X1=X2).
Tetapan penggantinya kP= k1+ k2 atau secara umum ditulis sebagai berikut.

Keterangan :

kP : konstanta pegas pengganti susunan paralel

3. Gabungan seri dan paralel

Dan hal-hal yang berkaitan dengan pegas pengganti dari susunan pegas gabungan seri dan paralel adalah sebagai berikut.

Gaya pengganti (F) adalah F1 + F2 = F
Pertambahan panjang pegas (X) , X1 = X2 X= X1 + X3 atau X= X2 + X3
Tetapan penggantinya (ktot)

Refernsi :

Suwarno. 2009. Fisika 2 Mudah dan Sederhana untuk SMA dan MA kelas XI. Jakarta: Depertemen Pendidikan nasional.

Gerak Melingkar

Gerak melingkar adalah gerak sebuah benda dengan lintasan berbentuk lingkaran.Keterangan:

O = titik pusat lingkaran

R = jari-jari lingkaran (meter)

m = massa partikel (kilogram)

θ = sudut pusat lingkaran yang ditempuh partikel (radian)

Pengertian Sudut 1 Radian

Sudut 1 radian adalah sudut pusat lingkaran dengan panjang busur lingkaran sama dengan jari-jari lingkaran. Dimana dilihat dari gambar adalah;

1. Gerak melingkar beraturan

a) Definisi Gerak melingkar beraturan Gerak Melingkar Beraturan adalah gerak yang lintasannya berupa lingkaran dan tiap satuan waktu menempuh busur lingkaran yang sama panjangnya dan besar kecepatan (kelajuannya) selalu tetap.

b) Besaran-besaran pada gerak melingkar beraturan

1) Periode dan Frekuensi

Periode (T) adalah waktu yang di perlukan titik (benda) untuk melakukan satu kali putaran

Keterangan:

T = periode (sekon)

f = frekuensi (Hz)

N = jumlah putaran

t = waktu selama bputar (sekon)

2) Kelajuan Linier pada gerak melingkar (v)

Kelajuan Linier pada gerak melingkar merupakan jarak yang ditempuh dibagi waktu tempuhnya atau keliling lingkaran di bagi periode gerak benda. Bila R merupakan jari-jari lingkaran maka untuk menempuh satu periode (T) akan membentuk keliling lingkaran 2πR. Maka dalam

oleh karena lintasan yang ditempuh setiap sekon adalah kecepatan (v) maka

3) Kecepatan anguler (ɷ)

Kecepatn anguler adalah kecepatan sudut yang di bentuk ketika benda berotasi dalam satu periode. Berdasarkan gambar 2 saat benda mengalami kelajuan linear jika jari-jari ditari dari titi posat (0) maka akan membentuk sudut lingkaran (360⁰)dan kita ketahui bahwa sudut satu lingkaran dapat di tulis dalam satuan radian yaitu 2πradian sehingga dapat kita tulis

4) Hubungan kecepatan linear dan kecepatan anguler.

Berdasarkan gambar 2 kita telah peroleh persamaan keepatan linear

untuk memperoleh kaitan kedua persamaan ini kita substitusikan persamaan kecepatan anguler kedalam persamaan kecepatan linear sehingga diperoleh

5) Percepatan sentripetal

Pada gerak melingkar beraturan, walaupun kelajuan liniernya tetap v₁=v₂ tetapi kecepatannya atau arah vektornya selalu berubah

dengan demikian pada gerak melingkar beraturan terdapat percepatan yang disebut percepatan sentripetal dan diberi lambang a_syaitu percepatan yang arahnya selalu menuju titik pusat lingkaran.

Besar percepatan sentripetal

Jika massa partikel yang melakukan gerak melingkar = m, maka gaya yang menimbulkan percepatan sentripetal disebut gaya sentripetal yang diberi lambang (F_s) yaitu: gaya yang arahnya selalu menuju titik pusat lingkaran. Berdasarkan Hukum II newton: