1. Hukum Hooke dan Elastisitas
Posted in Label: fisika, Hukum Hooke dan Elastisitas | 19.58
Pernakah dirimu melihat alat yang tampak pada gambar ini ?wah, hari
gini belum itu adalah gambar pegas. Nyamannya kehidupan kita tidak terlepas dari bantuan pegas,
walaupun kadang tidak kita sadari. Ketika dirimu mengendarai sepeda motor atau berada dalam sebuah
mobil yang sedang bergerak di jalan yang permukaannya tidak rata alias jalan berlubang, pegas
membantu meredam kejutan sehingga dirimu merasa sangat nyaman berada dalam mobil atau ketika
berada di atas sepeda motor. Apabila setiap kendaraan yang anda tumpangi tidak memiliki pegas,
gurumuda yakin perjalanan anda akan sangat melelahkan, apalagi ketika menempuh perjalanan yang
jauh. Ketika turun dari mobil langsung meringis kesakitan karena terserang encok dan pegal linu
pegas tidak hanya dimanfaatkan di mobil atau sepeda motor, tetapi pada semua kendaraan yang selalu
kita gunakan. Selengkapnya akan kita kupas tuntas pada akhir tulisan ini. Pegas merupakan salah satu
contoh benda elastis. Contoh benda elastis lainnya adalah karet mainan
(kalo karet pasti tahu ). Btw, elastis itu apa ya ? terus apa hubungan antara elastis dan hukum
Hooke ? Nah, sekarang bersiap-siaplah untuk melakukan pertempuran dengan ilmu fisika. Siapkanlah
amunisi sebanyak-banyaknya; sapu tangan atau tisu untuk ngelap keringat, obak sakit kepala dkk…
Selamat belajar ya, semoga dirimu memenangi pertempuran ini
ELASTISITAS
Ketika dirimu menarik karet mainan 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 anda 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. Elastis atau elastsisitas 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.

2. Perlu anda 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. Batas elastis itu apa ? lalu bagaimana kita bisa
mengetahui hubungan antara besarnya gaya yang diberikan dan perubahan panjang minimum sebuah
benda elastis agar benda tersebut bisa kembali ke bentuk semula ? untuk menjawab pertanyaan ini, mari
kita berkenalan dengan paman Hooke.
HUKUM HOOKE
Hukum Hooke pada Pegas
Misalnya kita tinjau pegas yang dipasang horisontal, di mana pada ujung pegas tersebut dikaitkan sebuah
benda bermassa m. Massa benda kita abaikan, demikian juga dengan gaya gesekan, sehingga benda
meluncur pada permukaan horisontal tanpa hambatan. Terlebih dahulu kita tetapkan arah positif ke
kanan dan arah negatif ke kiri. Setiap pegas memiliki panjang alami, jika pada pegas tersebut tidak
diberikan gaya. Pada kedaan ini, benda yang dikaitkan pada ujung pegas berada dalam posisi setimbang
(lihat gambar a). Untuk semakin memudahkan pemahaman dirimu,sebaiknya dilakukan juga percobaan.
Apabila benda ditarik ke kanan sejauh +x (pegas diregangkan), pegas akan memberikan gaya pemulih
pada benda tersebut yang arahnya ke kiri sehingga benda kembali ke posisi setimbangnya(gambar b).
Sebaliknya, jika benda ditarik ke kiri sejauh -x, pegas juga memberikan gaya pemulih untuk
mengembalikan benda tersebut ke kanan sehingga benda kembali ke posisi setimbang (gambar c).

3. Besar gaya pemulih F ternyata berbanding lurus dengan simpangan x dari pegas yang direntangkan atau
ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0). Secara matematis ditulis :
Persamaan ini sering dikenal sebagai persamaan pegas dan merupakan hukum hooke. Hukum ini
dicetuskan oleh paman Robert Hooke (1635-1703). k adalah konstanta dan x adalah simpangan. Tanda
negatif menunjukkan bahwa gaya pemulih alias F mempunyai arah berlawanan dengan simpangan x.
Ketika kita menarik pegas ke kanan maka x bernilai positif, tetapi arah F ke kiri (berlawanan arah dengan
simpangan x). Sebaliknya jika pegas ditekan, x berarah ke kiri (negatif), sedangkan gaya F bekerja ke
kanan. Jadi gaya F selalu bekeja berlawanan arah dengan arah simpangan x. k adalah konstanta pegas.
Konstanta pegas berkaitan dengan elastisitas sebuah pegas. Semakin besar konstanta pegas (semakin
kaku sebuah pegas), semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas.
Sebaliknya semakin elastis sebuah pegas (semakin kecil konstanta pegas), semakin kecil gaya yang
diperlukan untuk meregangkan pegas. Untuk meregangkan pegas sejauh x, kita akan memberikan gaya
luar pada pegas, yang besarnya sama dengan F = +kx. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa x
sebanding dengan gaya yang diberikan pada benda.
Hukum Hooke untuk benda non Pegas
Hukum hooke ternyata berlaku juga untuk semua benda padat, dari besi sampai tulang tetapi hanya
sampai pada batas-batas tertentu. Mari kita tinjau sebuah batang logam yang digantung vertikal, seperti
yang tampak pada gambar di bawah.

4. Pada benda bekerja gaya berat (berat = gaya gravitasi yang bekerja pada benda), yang besarnya = mg
dan arahnya menuju ke bawah (tegak lurus permukaan bumi). Akibat adanya gaya berat, batang logam
tersebut bertambah panjang sejauh (delta L)
Jika besar pertambahan panjang (delta L) lebih kecil dibandingkan dengan panjang batang logam, hasil
eksperimen membuktikan bahwa pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan gaya berat yang
bekerja pada benda. Perbandingan ini dinyatakan dengan persamaan :
Persamaan ini kadang disebut sebagai hukum Hooke. Kita juga bisa menggantikan gaya berat dengan
gaya tarik, seandainya pada ujung batang logam tersebut tidak digantungkan beban.
Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas-batas tertentu. Jika gaya sangat besar maka
regangan benda sangat besar sehingga akhirnya benda patah. Hubungan antara gaya dan pertambahan
panjang (atau simpangan pada pegas) dinyatakan melalui grafik di bawah ini.
Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku sepanjang daerah elastis sampai
pada titik yang menunjukkan batas hukum hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas
hukum hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya
yang diberikan tidak melewati batas elastisitas. tapi hukum Hooke tidak berlaku pada daerah
antara batas hukum hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga
melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya
dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali seperti semula; benda tersebut akan berubah bentuk
secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah.
Berdasarkan persamaan hukum Hooke di atas, pertambahan panjang (delta L) suatu benda bergantung
pada besarnya gaya yang diberikan (F) dan materi penyusun dan dimensi benda(dinyatakan dalam
konstanta k). Benda yang dibentuk oleh materi yang berbeda akan memiliki pertambahan panjang yang
berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, misalnya tulang dan besi. Demikian juga, walaupun
sebuah benda terbuat dari materi yang sama (besi, misalnya),tetapi memiliki panjang dan luas
penampang yang berbeda maka benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda
sekalipun diberikan gaya yang sama. Jika kita membandingkan batang yang terbuat dari materi yang
sama tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda, ketika diberikan gaya yang sama,
besar pertambahan panjang sebanding dengan panjang benda mula-mula dan berbanding terbalik

5. dengan luas penampang. Makin panjang suatu benda, makin besar besar pertambahan panjangnya,
sebaliknya semakin tebal benda, semakin kecil pertambahan panjangnya. Jika hubungan ini kita
rumuskan secara matematis, maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut :
Persamaan ini menyatakan hubungan antara pertambahan panjang (delta L) dengan gaya (F) dan
konstanta (k). Materi penyusun dan dimensi benda dinyatakan dalam konstanta k. Untuk materi
penyusun yang sama, besar pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan panjang benda mula-
mula (Lo) dan berbanding terbalik dengan luas penampang (A). Kalau dirimu bingung denganpanjang
mula-mula atau luas penampang, coba amati gambar di bawah ini terlebih dahulu.
Dah paham panjang mula-mula (Lo) dan luas penampang (A) ?... Lanjut ya …

6. Besar E bergantung pada benda (E merupakan sifat benda). Secara matematis akan kita turunkan
nanti… tuh di bawah
Pada persamaan ini tampak bahwa pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan hasil kalipanjang
benda mula-mula (Lo) dan Gaya per satuan Luas (F/A).
Tegangan
Gaya per satuan Luas disebut juga sebagai tegangan. Secara matematis ditulis :
Satuan tegangan adalah N/m2
(Newton per meter kuadrat)
Regangan
Regangan merupakan perbandingan antara perubahan panjang dengan panjang awal. Secara matematis
ditulis :
Karena L sama-sama merupakan dimensi panjang, maka regangan tidak mempunyai satuan(regangan
tidak mempunyai dimensi).
Regangan merupakan ukuran perubahan bentuk benda dan merupakan tanggapan yang diberikan oleh
benda terhadap tegangan yang diberikan. Jika hubungan antara tegangan dan regangan dirumuskan
secara matematis, maka akan diperoleh persamaan berikut :

7. Ini adalah persamaan matematis dari Modulus Elastis (E) alias modulus Young (Y). Jadi modulus elastis
sebanding dengan Tegangan dan berbanding terbalik Regangan.
Di bawah ini adalah daftar modulus elastis dari berbagai jenis benda padat