Elastisitas Suatu Bahan Fisika
Pengertian Elastisitas
Elastisitas atau elasticity dapat diartikan sebagai kemampuan suatu benda yang dapat digunakan untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya luar yang berpengaruh pada benda dihilangkan atau ditiadakan.
Tidak semua benda yang diberikan gaya, kemudian gaya dihilangkan dapat kembali ke bentuk semula. Sehingga benda dapat digolongkan menjadi dua yaitu benda elastis dan benda plastis.
Benda elastis dapat diartikan sebagai benda yang dapat kembali ke bentuk semula, setelah gaya-gaya yang berpengaruh dihilangkan. Contoh benda atau bahan yang tergolong benda elastis misalnya pegas, karet, ketapel, busur panah, shockbreaker, dan lainnya.
Benda plastis dapat diartikan sebagai benda yang tidak dapat kembali ke bentuk semula, setelah gaya-gaya yang berpengaruh dihilangkan. Contoh benda atau bahan yang tergolong benda plastis misalnya plastisin, tanah liat, dan mika/plastik.
Soal dan Penyelesaian Elastisitas Bahan
1. Sebuah kawat logam mempunyai diameter 1,4 mm dengan panjang 60 cm digantungi suatu beban yang bermassa 100 gram. Kawat mengalami perubahan dan bertambah panjang sebesar 0,3 mm. Jika g = 9,8 m/s², maka hitunglah tegangan, regangan, dan modulus Young dari kawat tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
d = 1,4 mm
r = 0,7 mm = 0,0007 = 7 x 10^-4 m
m = 100 gram = 0,1 kg
g = 9,8 m/s²
lo = 60 cm = 0,6 m
Δl = 0,3 mm = 0,0003 m
Ditanya:
a. Tegangan?
b. Regangan?
c. Modulus Young?
Jawab:
a. Menentukan tegangan
Tegangan = F/A = m.g/πr²
= (0,1 . 9,8)/(22/7 . 0,0007²)
= 0,98/0,00000154
= 636.000 N/m²
= 6,36 × 10^5 N/m²
b. Menentukan regangan:
e = Δl/lo = 0,0003/0,6 = 0,0005
= 5 × 10^-4
c. Menentukan modulus Young:
Y = α/e = 636.000/0,0005
= 1.272.000.000 N/m²
= 1,272 × 10^9 N/m²
2. Seutas kawat memiliki panjang 50 cm dan luas penampang 2 cm². Sebuah gaya sebesar 50 N menarik kawat tersebut, sehingga kawat bertambah panjang 0,8 cm. Hitunglah tegangan (stress), regangan (strain), dan modulus elastisitas Young dari kawat tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 2 cm² = 0,0002 m²
F = 50 N
lo = 50 cm = 0,5 m
Δl = 0,8 cm = 0,008 m
Ditanya:
a. Tegangan?
b. Regangan?
c. Modulus Young?
Jawab:
a. Menentukan tegangan (stress)
α = F/A
= (50)/(0,0002)
= 250.000 N/m²
= 2,5 × 10^5 N/m²
b. Menentukan regangan (strain)
e = Δl/lo = 0,008/0,5 = 0,016
= 1,6 × 10^-2
c. Menentukan modulus Young:
Y = α/e = 250.000/0,016
= 15.625.000 N/m²
= 15,625 × 10^6 N/m²
3. Sebuah pegas digantung dengan panjang mula-mula 10 cm, kemudian diberi sebuah beban sehingga panjangnya menjadi 12 cm. Besar regangan pada pegas sebesar ....
Penyelesaian:
Diketahui:
lo = 10 cm = 0,1 m
Δl = 12 - 10 = 2 cm = 0,02 m
Ditanya: Regangan?
Jawab:
Menentukan regangan (strain)
e = Δl/lo = 0,02/0,1 = 0,2 (tanpa satuan)
4. Sebuah kawat terbuat dari aluminium memiliki panjang 1 meter dan jari-jari penampang 0,5 mm. Jika kawat tersebut ditarik dengan gaya 20 N, maka tegangan yang dialami kawat tersebut sebesar .... N/m²
Penyelesaian:
Diketahui:
r = 0,5 mm = 0,0005 = 5 x 10^-4 m
F = 20 N
lo = 1 m
Ditanya: Tegangan?
Jawab:
Menentukan tegangan
Tegangan = F/A = F/πr²
= (20)/(3,14 . 0,0005²)
= 20/0,000000785
= 25.477.707 N/m²
= 2,55 × 10^7 N/m²
5. Seutas kawat logam dianggap homogen memiliki panjang 140 cm dan luas penampang sebesar 2 mm². Kemudian kawat ditarik dengan gaya sebesar 100 N dan kawat bertambah panjang 1 mm. Modulus elas tisitas bahan kawat tersebut sebesar ..... N/m²
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 2 mm² = 0,000002 m²
F = 100 N
lo = 140 cm = 1,4 m
Δl = 1 mm = 0,001 m
Ditanya: Modulus Young?
Jawab:
Menentukan modulus Young:
Y = (F.lo)/(A.Δl)
= (100.1,4)/(0,000002.0,001)
= 140 / 0,000000002)
= 70.000.000.000 N/m²
= 7 × 10^10 N/m²
6. Seutas tali digunakan sebagai penarik timba air terbuat dari karet memiliki luas penampang tali 2,5 cm² dan panjang awal tali 5 m. Pada ujung tali diikat dengan sebuah ember yang bervolume 10 liter. Pada saat ember telah penuh air, tali ditarik bertambah panjang sebesar 5 cm. Modulus elaatisitas tali tersebut adalah .... (g = 10 m/s²)
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 2,5 cm² = 0,00025 m²
V = 10 liter = 10 dm³ = 0,01 m³
p air = 1000 kg/m³
g = 10 m/s²
lo = 5 m
Δl = 5 cm = 0,05 m
Ditanya: Modulus Young?
Jawab:
Menentukan massa air di ember:
m = p. V = 1000 . 0,01 = 10 kg
Menentukan gaya F:
F = w = m.g = 10 . 10 = 100 N
Menentukan modulus Young:
Y = (F.lo)/(A.Δl)
= (100 . 5)/(0,00025 . 0,05)
= 500 / 0,0000125
= 40.000.000 N/m²
= 4 × 10^7 N/m²
7. Seutas kawat terbuat dari aluminium dengan panjang 2 m dan jari-jari 0,2 mm ditarik oleh gaya sebsar 20 N. Tegangan yang dialami oleh kawat tersebut sebesar ...
Penyelesaian:
Diketahui:
r = 0,2 mm = 0,0002 = 2 x 10^-4 m
F = 20 N
lo = 2 m
Ditanya: Tegangan?
Jawab:
Menentukan tegangan
Tegangan = F/A = F/πr²
= (20)/(3,14 . 0,0002²)
= 20/0,0000001256
= 159.235.669 N/m²
= 1,59 × 10^8 N/m²
8. Orang dewasa memiliki tulang paha dengan diameter sebesar 2,8 cm. Jika tulang memiliki kemampuan tegangan sebesar 170 MPa, maka tulang paha akan patah jika menerima gaya yang melebihi .... N.
Penyelesaian:
Diketahui:
d = 2,8 cm = 0,028 m
r = 1,4 cm = 0,014 m
α = 170 MPa = 170.000.000 Pa (N/m²)
Ditanya: gaya = ....?
Jawab:
Menentukan gaya:
Gaya F= α.A = α . πr²
= (170.000.000) . (3,14 . 0,014²)
= 20/0,0000001256
= 104.624,8 N/m²
= 1,05 × 10^5 N/m²
9. Seutas kawat memiliki luas pwnampang 1,5 mm² dan panjang 2 meter digunakan untuk menahan beban jemuran pakaian seberat 5 N. Jika modulus elastisitas kawat 1 × 10^10 N/m², maka kawat akan bertambah panjang sebesar ...... m
Benda plastis dapat diartikan sebagai benda yang tidak dapat kembali ke bentuk semula, setelah gaya-gaya yang berpengaruh dihilangkan. Contoh benda atau bahan yang tergolong benda plastis misalnya plastisin, tanah liat, dan mika/plastik.
Soal dan Penyelesaian Elastisitas Bahan
1. Sebuah kawat logam mempunyai diameter 1,4 mm dengan panjang 60 cm digantungi suatu beban yang bermassa 100 gram. Kawat mengalami perubahan dan bertambah panjang sebesar 0,3 mm. Jika g = 9,8 m/s², maka hitunglah tegangan, regangan, dan modulus Young dari kawat tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
d = 1,4 mm
r = 0,7 mm = 0,0007 = 7 x 10^-4 m
m = 100 gram = 0,1 kg
g = 9,8 m/s²
lo = 60 cm = 0,6 m
Δl = 0,3 mm = 0,0003 m
Ditanya:
a. Tegangan?
b. Regangan?
c. Modulus Young?
Jawab:
a. Menentukan tegangan
Tegangan = F/A = m.g/πr²
= (0,1 . 9,8)/(22/7 . 0,0007²)
= 0,98/0,00000154
= 636.000 N/m²
= 6,36 × 10^5 N/m²
b. Menentukan regangan:
e = Δl/lo = 0,0003/0,6 = 0,0005
= 5 × 10^-4
c. Menentukan modulus Young:
Y = α/e = 636.000/0,0005
= 1.272.000.000 N/m²
= 1,272 × 10^9 N/m²
2. Seutas kawat memiliki panjang 50 cm dan luas penampang 2 cm². Sebuah gaya sebesar 50 N menarik kawat tersebut, sehingga kawat bertambah panjang 0,8 cm. Hitunglah tegangan (stress), regangan (strain), dan modulus elastisitas Young dari kawat tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 2 cm² = 0,0002 m²
F = 50 N
lo = 50 cm = 0,5 m
Δl = 0,8 cm = 0,008 m
Ditanya:
a. Tegangan?
b. Regangan?
c. Modulus Young?
Jawab:
a. Menentukan tegangan (stress)
α = F/A
= (50)/(0,0002)
= 250.000 N/m²
= 2,5 × 10^5 N/m²
b. Menentukan regangan (strain)
e = Δl/lo = 0,008/0,5 = 0,016
= 1,6 × 10^-2
c. Menentukan modulus Young:
Y = α/e = 250.000/0,016
= 15.625.000 N/m²
= 15,625 × 10^6 N/m²
3. Sebuah pegas digantung dengan panjang mula-mula 10 cm, kemudian diberi sebuah beban sehingga panjangnya menjadi 12 cm. Besar regangan pada pegas sebesar ....
Penyelesaian:
Diketahui:
lo = 10 cm = 0,1 m
Δl = 12 - 10 = 2 cm = 0,02 m
Ditanya: Regangan?
Jawab:
Menentukan regangan (strain)
e = Δl/lo = 0,02/0,1 = 0,2 (tanpa satuan)
4. Sebuah kawat terbuat dari aluminium memiliki panjang 1 meter dan jari-jari penampang 0,5 mm. Jika kawat tersebut ditarik dengan gaya 20 N, maka tegangan yang dialami kawat tersebut sebesar .... N/m²
Penyelesaian:
Diketahui:
r = 0,5 mm = 0,0005 = 5 x 10^-4 m
F = 20 N
lo = 1 m
Ditanya: Tegangan?
Jawab:
Menentukan tegangan
Tegangan = F/A = F/πr²
= (20)/(3,14 . 0,0005²)
= 20/0,000000785
= 25.477.707 N/m²
= 2,55 × 10^7 N/m²
5. Seutas kawat logam dianggap homogen memiliki panjang 140 cm dan luas penampang sebesar 2 mm². Kemudian kawat ditarik dengan gaya sebesar 100 N dan kawat bertambah panjang 1 mm. Modulus elas tisitas bahan kawat tersebut sebesar ..... N/m²
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 2 mm² = 0,000002 m²
F = 100 N
lo = 140 cm = 1,4 m
Δl = 1 mm = 0,001 m
Ditanya: Modulus Young?
Jawab:
Menentukan modulus Young:
Y = (F.lo)/(A.Δl)
= (100.1,4)/(0,000002.0,001)
= 140 / 0,000000002)
= 70.000.000.000 N/m²
= 7 × 10^10 N/m²
6. Seutas tali digunakan sebagai penarik timba air terbuat dari karet memiliki luas penampang tali 2,5 cm² dan panjang awal tali 5 m. Pada ujung tali diikat dengan sebuah ember yang bervolume 10 liter. Pada saat ember telah penuh air, tali ditarik bertambah panjang sebesar 5 cm. Modulus elaatisitas tali tersebut adalah .... (g = 10 m/s²)
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 2,5 cm² = 0,00025 m²
V = 10 liter = 10 dm³ = 0,01 m³
p air = 1000 kg/m³
g = 10 m/s²
lo = 5 m
Δl = 5 cm = 0,05 m
Ditanya: Modulus Young?
Jawab:
Menentukan massa air di ember:
m = p. V = 1000 . 0,01 = 10 kg
Menentukan gaya F:
F = w = m.g = 10 . 10 = 100 N
Menentukan modulus Young:
Y = (F.lo)/(A.Δl)
= (100 . 5)/(0,00025 . 0,05)
= 500 / 0,0000125
= 40.000.000 N/m²
= 4 × 10^7 N/m²
7. Seutas kawat terbuat dari aluminium dengan panjang 2 m dan jari-jari 0,2 mm ditarik oleh gaya sebsar 20 N. Tegangan yang dialami oleh kawat tersebut sebesar ...
Penyelesaian:
Diketahui:
r = 0,2 mm = 0,0002 = 2 x 10^-4 m
F = 20 N
lo = 2 m
Ditanya: Tegangan?
Jawab:
Menentukan tegangan
Tegangan = F/A = F/πr²
= (20)/(3,14 . 0,0002²)
= 20/0,0000001256
= 159.235.669 N/m²
= 1,59 × 10^8 N/m²
8. Orang dewasa memiliki tulang paha dengan diameter sebesar 2,8 cm. Jika tulang memiliki kemampuan tegangan sebesar 170 MPa, maka tulang paha akan patah jika menerima gaya yang melebihi .... N.
Penyelesaian:
Diketahui:
d = 2,8 cm = 0,028 m
r = 1,4 cm = 0,014 m
α = 170 MPa = 170.000.000 Pa (N/m²)
Ditanya: gaya = ....?
Jawab:
Menentukan gaya:
Gaya F= α.A = α . πr²
= (170.000.000) . (3,14 . 0,014²)
= 20/0,0000001256
= 104.624,8 N/m²
= 1,05 × 10^5 N/m²
9. Seutas kawat memiliki luas pwnampang 1,5 mm² dan panjang 2 meter digunakan untuk menahan beban jemuran pakaian seberat 5 N. Jika modulus elastisitas kawat 1 × 10^10 N/m², maka kawat akan bertambah panjang sebesar ...... m
Sumber:
1. Rufaida, Sufi Ani. 2013. Cara Jitu Menghadapi UN Fsika Untuk SMA/MA. Surakarta: Mediatama..
2. Urip Widodo, dkk. Fisika untuk SMA/MA Kelas XIb. Sagufindo Kinarya.
3. Ketut Lasmi. 2004. Bimbingan Pemantapan Fisika untuk SMA. Bandung: Yrama Widya.
4. Tim Permata. 2016. Fisika Peminatan Ilmu Alam Untuk SMA/MA Kelas XI Semester 1. Surakarta: Cahaya Pustaka.
5. Risdiyani Chasanah, Dhara Nurani, dan Adip Ma'rufu Sururi. 2017. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Klaten: Intan Pariwara.
3. Ketut Lasmi. 2004. Bimbingan Pemantapan Fisika untuk SMA. Bandung: Yrama Widya.
4. Tim Permata. 2016. Fisika Peminatan Ilmu Alam Untuk SMA/MA Kelas XI Semester 1. Surakarta: Cahaya Pustaka.
5. Risdiyani Chasanah, Dhara Nurani, dan Adip Ma'rufu Sururi. 2017. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Klaten: Intan Pariwara.
Comments
Post a Comment