Dalam fisika, elastisitas (dari Yunani ἐλαστός "ductible") adalah kecenderungan bahan padat untuk kembali ke bentuk aslinya setelah terdeformasi. Benda padat akan mengalami deformasi ketika gaya diaplikasikan padanya. Jika bahan tersebut elastis, benda tersebut akan kembali ke bentuk dan ukuran awalnya ketika gaya dihilangkan.
Alasan fisika untuk perilaku elastis bisa sangat berbeda untuk bahan yang berbeda. Dalam logam, kisi (lattice) atom berubah ukuran dan bentuk ketika kerja diaplikasikan (energi ditambahkan) pada sistem). Ketika gaya dihilangkan, kisi-kisi kembali ke keadaan energi asli yang lebih rendah. Untuk karet dan polimer lain, elastisitas disebabkan oleh peregangan rantai polimer ketika kerja diterapkan.
Elastisitas sempurna hanya merupakan perkiraan dari yang sebenarnya dan beberapa bahan tetap murni elastis bahkan setelah deformasi yang sangat kecil. Dalam rekayasa, jumlah elastisitas suatu material ditentukan oleh dua jenis parameter material. Jenis pertama parameter material disebut modulus yang mengukur jumlah gaya per satuan luas (stress) yang diperlukan untuk mencapai sejumlah deformasi tertentu. Satuan modulus adalah pascal (Pa) atau pon gaya per inci persegi (psi, juga lbf/in 2). Modulus yang lebih tinggi biasanya menunjukkan bahwa bahan tersebut sulit untuk mengalami deformasi. Tipe kedua parameter mengukur batas elastis. Batas dapat menjadi stres luar di mana materi tidak lagi elastis atau deformasi luar di mana elastisitas hilang.
Ketika menggambarkan elastisitas relatif dari dua bahan, baik modulus dan batas elastis harus diperhitungkan. Karet biasanya memiliki modulus rendah dan cenderung untuk meregang jauh (yaitu, mereka memiliki batas elastis tinggi) dan tampak lebih elastis daripada logam (modulus tinggi dan batas elastis rendah) dalam kehidupan sehari-hari. Dari dua bahan karet dengan batas elastis yang sama, satu dengan modulus yang lebih rendah akan tampak lebih elastis.
Elastisitas Zat Padat
Elastisitas adalah sifat suatu benda untuk kembali ke bentuk awal segera setelah gaya yang mengenai benda tersebut dihilangkan. Benda yang dapat kembali ke bentuk semula setelah gaya yang mengenainya dihilangkan disebut benda elastis. Ketika Anda menarik pegas hingga bertambah panjang, pegas akan segera kembali ke ukuran semula setelah gaya tarik tersebut dihilangkan. Sebaliknya, benda yang tidak dapat kembali ke bentuk semula setelah gaya yang mengenainya dihilangkan disebut benda plastis. Contoh benda plastis antara lain plastisin, lumpur, dan tanah liat. Besaran-besaran yang berhubungan dengan sifat elastisitas benda antara lain sebagai berikut.
a. Tegangan (δ)
Tegangan adalah besamya gaya yang bekerja pada suatu benda pada luas penampang tertentu. Secara matematis, tegangan dirumuskan sebagai berikut.
c. Modulus Elastisits (Modulus Young)
Modulus Young adalah besamya gaya yang bekerja pada luas penampang tertentu untuk meregangkan benda. Dengan kata lain, mddulus Young merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan pada benda. Nilai modulus Young menunjukkan tingkat elastisitas suatu benda. Semakin besar nilai modulus Young, semakin besar pula tegangan yang diperlukan untuk meregangkan benda. Modulus Young dirumuskan sebagai berikut.
d. Batas Elastis
Sifat elastisitas benda memiliki batas sampai pada suatu besar gaya tertentu. Apabila gaya yang diberikan lebih kecil daripada batas elastisitas, benda akan kembali ke bentuk semula ketika gayp tersebut dihilangkan. Akan tetapi, apabila gaya yang diberikan lebih besar daripada batas elastisitas benda, benda tidak dapat kembali ke bentuk sem,ula. Benda secara permanen berubah bentuk.
Elastisitas pada Pegas
Pegas merupakan benda elastis karena dapat kembali ke bentuk semula ketika gaya pada pegas dihilangkan. Gaya yang dapat menggerakkan benda kembali ke bentuk semula disebut gaya pemulih.
a. Hukum Hooke
Pada tahun 1678, Robert Hooke menyatakan apabila pegas ditarik dengan suatu gaya tanpa melampaui batas elastisitasnya, pada pegas akan bekerja gaya pemulih yang sebanding dengan simpangan benda dari titik seimbangnya tetapi arahnya berlawanan dengan arah gerak benda. Pernyataan ini dikenal dengan hukum Hooke. Secara matematis, hukum Hooke dinyatakan sebagai berikut.
Tanda negatif pada hukum Hooke bermakna bahwa gaya pemulih pada pegas selalu berlawanan dengan arah simpangan pegas. Tetapan pegas (k) menyatakan ukuran kekakuan pegas. Pegas yang kaku memiliki nilai k yang besar, sedangkan pegas lunak memiliki k kecil.
b. Tetapan Gaya pada Benda Elastis
Dari pembahasan sebelumnya diketahui bahwa modulus Young dirumuskan sebagai berikut.
Dari persamaan di atas, besarnya gaya yang bekerja pada benda dapat ditulis sebagai berikut.
Berdasarkan hukum Hooke, besar gaya pemulih pada pegas sebesar F =-k ∆x atau F = -k ∆ℓ Dengan demikian, konstanta gaya pada benda elastis dapat dirumuskan sebagai berikut.
c. Hukum Hooke untuk Susunan Pegas
Sebuah pegas yang diberi gaya akan mengalami pertambahan panjang sesuai gaya yang diberikan padanya. Bagaimana jika pegas yang diberi gaya’berupa susunan pegas (lebih dari satu)? Berbagai macam susunan pegas antara lain sebagai berikut.
Susunan Seri pegas
Pertambahan panjang pegas yang disusun seri merupakan jumlah pertambahan panjang kedua pegas. Jadi, tetapan pegas yang disusun seri dihitung:
Jadi, ketetapan pegas yang disusun seri dihitung:
susunan parallel pegas
Gaya mg digunakan untuk menarik kedua pegas sehingga pertambahan panjang kedua pegas sama.
Energi Potensial Pegas
Energi potensial pegas merupakan kemampuan pegas untuk kembali ke bentuksemula. Berdasarkan hukum Hooke, besarnya gaya pemulih sebanding dengan simpangan benda. Hukum Hooke dapat dinyatakan dengan grafik seperti di samping.
Grafik F-∆x tersebut menunjukkan bahwa daerah yang diarsir merupakan usaha yang dilakukan untuk menarik pegas atau besarnya energi potensial pegas untuk kembali ke bentuk semula. Besarnya energi potensial pegas dihitung dengan langkah sebagai berikut.
Hukum Hooke
Hukum Hooke untuk pegas yang bergerak secara vertikal
Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam bidang ilmu fisika yang terjadi karena sifat elastisitas dari sebuah pir atau pegas. Besarnya gaya Hooke ini secara proporsional akan berbanding lurus dengan jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya, atau lewat rumus matematis dapat digambarkan sebagai berikut:
x adalah jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya (dalam unit meter).
Aplikasi Hukum Hooke
Dalam pengaplikasian hukum Hooke sangat berkaitan erat dengan benda benda yang prinsip kerjanya memakai pegas dan yang bersifat elastis. Prinsip hukum Hooke sudah diterapkan pada beberapa benda-benda berikut ini.
Mikroskop yang fungsinya untuk melihat jasad-jasad renik yang sangat kecil yang tidak bisa dilihat oleh mata telanjang
Teleskop yang fungsinya untuk melihat benda-beda yang letaknya jauh supaya tampak dekat, seperti benda luar angkasa
Alat pengukur percepatan gravitasi bumi
Jam yang memakai peer sebagai pengatur waktu
Jam kasa atau kronometer yang dimanfaatkan untuk menentukan garis atau kedudukan kapal yang berada di laut
Sambungan tongkat-tongkat persneling kendaraan baik sepeda motor maupun mobil
Ayunan pegas
Susunan Pegas
Susunan Pegas
Konstanta pegas dapat berubah nilainya, apabila pegas-pegas tersebut disusun menjadi sebuah rangkaian. Besar konstanta total rangkaian pegas bergantung pada jenis rangkaian pegas, yaitu rangkaian pegas seri atau rangkaian pegas paralel.
Susunan Seri
Susunan Pegas Seri
Prinsip susunan seri beberapa buah pegas adalah sebagai berikut:
1. Gaya tarik yang dialami tiap pegas sama besarnya, dan gaya tarik ini sama dengan gaya tarik yang dialami pegas pengganti
F1=F2=…..=F
2. Pertambahan panjang pegas pengganti seri Δx, sama dengan total pertambahan panjang tiap-tiap pegas
Δxs=Δx1+Δx2+…..
3. Kebalikan konstanta pegas pengganti seri (ks) sama dengan total dari kebalikan tiap-tiap konstanta pegas
Susunan paralel
Susunan Pegas Paralel
Prinsip susunan paralel beberapa buah pegas adalah sebagai berikut:
1. Gaya tarik pada pegas pengganti F sama dengan total gaya tarik pada tiap pegas
F=F1+F2+…..
2. Pertambahan panjang tiap pegas sama besarnya, dan pertambahan panjang ini sama dengan pertambahan panjang pegas pengganti
ΔX1=ΔX2=…..=ΔX
3. Tetapan pegas pengganti paralel (kp) sama dengan total dari tetapan tiap-tiap pegas yang disusun paralel
0 comments:
Post a Comment