3. HANDOUT

ELASTISITAS PENDAHULUAN

Ketika kamu masih kecil, pernahkah kamu  bermain dengan ketapel? Bagaimana bentuk ketapel setelah kamu selesai bermain? Tentunya ketapel akan kembali ke bentuk semula bukan? Saat kamu menarik ketapel, maka ketapel makin panjang. Jika tarikan dihilangkan, maka bentuknya kembali Gambar : Ketapel

seperti semula. Semasa kecil kamu juga mungkin

Sumber : http://fisikamemangasyik.files.wordp ress.com

 pernah bermain, tanah liat, atau plastisin. Lain halnya dengan ketapel, tanah liat saat ditekan akan  berubah bentuk.

A. PENGERTIAN ELASTISITAS

Kita sudah mengenal kata “elastis” “elastis ” dalam keseharian. Contohnya: sebuah karet gelang yang direntangkan, jika dilepas kembali ke bentuknya semula. Sebuah pegas yang digantungi  beban pada salah satu ujungnya, akan kembali ke panjang semula jika beban diambil kembali. Sifat benda yang dapat kembali ke bentuknya semula setelah gaya yang diberikan dihilangkan disebut elastisitas. Benda elastis  adalah benda yang apabila diberi gaya, akan mengalami perubahan bentuk, dan kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan  misalnya karet, ketapel, pegas. Suatu benda mempunyai batas elastisitas atau kelentingan tertentu. Apabila benda elastis diberi gaya yang melebihi batas elastisitasnya, benda tersebut akan kehilangan elastisitasnya. Artinya benda tersebut tidak dapat kembali ke bentuk semula. Sebaliknya benda yang tidak memiliki sifat elastis misalnya plastisin, lumpur, dan tanah liat disebut benda tidak elastis (plastik) .

B. 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: 1. Benda mengalami perubahan gerak. 2. Benda akan mengalami perubahan bentuk (deformasi). ELASTISITAS UNTUK SMA/MA KELAS XI

1

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

Bentuk

Volume

Padat

Tetap

Tetap

Cair

Berubah-ubah

Tetap

Gas

Berubah-ubah

Berubah-ubah

Berdasarkan informasi yang tercantum pada Tabel 1, tampak hanya zat padat saja yang dapat mempertahankan 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.

C. PERUBAHAN BENTUK 

Jika suatu benda elastis dikenai dua gaya sejajar yang sama besar dan  berlawanan arah maka benda akan mengalami gaya tegangan dan perubahan bentuk. Perubahan bentuk bergantung pada arah dan letak gaya-gaya itu diberikan. Ada tiga  jenis perubahan bentuk yaitu regangan, mampatan, dan geseran.

1. Regangan  adalah perubahan bentuk yang dialami benda saat dua buah gaya yang sama besar bekerja berlawanan arah pada kedua ujung benda, dengan arah menjauhi benda sehingga benda bertambah panjang sebesar L. 2.  Ma  M ampatan adalah perubahan bentuk yang dialami sebuah benda saat dua buah gaya yang sama besar bekerja berlawanan arah pada

kedua ujung

benda

dengan arah menuju pusat benda sehingga benda bertambah pendek sebesar L karena dimampatkan.

ELASTISITAS UNTUK SMA/MA KELAS XI

2

Gambar : Mampatan pada benda yang berbentuk silinder, gaya bekerja berlawanan arah. Sumber : Tipler, Paul A. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga

3. Geseran adalah perubahan bentuk yang dialami benda jika dua buah gaya yang sama besar bekerja berlawanan arah pada sisi-sisi bidang benda sehingga  permukaan benda mengalami pergeseran sebesar L.

Gambar : Geseran pada benda yang berbentuk silinder, gaya berlawanan arah pada sisi sisi bidang Sumber : Tipler, Paul A. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga

D. MODULUS ELASTISITAS ATAU MODULUS YOUNG

Regangan didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang awalnya (L).  Regangan :  = dengan :

∆

. . .  1 



e = regangan , ΔL = pertambahan = pertambahan panjang (m) , L0= panjang awal (m)

sebagai  perbandingan antara gaya tarik (F) yang Tegangan didefinisikan sebagai  Dalam SI tegangan dikerjakan pada benda dengan luas penampangnya (A). (A).Dalam memiliki satuan

 2

 atau Pascal.

ELASTISITAS UNTUK SMA/MA KELAS XI

3



Tegangan :  =

. . .  2 



dengan: σ = tegangan (Pa)  F = gaya (N)  A = luas penampang (m2)

 Perbandingan antara tegangan dan regangan benda tersebut disebut modulus elastisitas atau modulus Young . Pengukuran modulus Young dapat dilakukan dengan menggunakan gelombang akustik, karena kecepatan jalannya  bergantung pada modulus Young. Secara matematis dirumuskan:

 =

 

   ∆ 

=

=

      ∆

...

3

dengan : E = modulus Young (

 

)

σ = tegangan (Pa)

e = regangan

ΔL = pertambahan = pertambahan panjang (m)

 F = gaya (N)

Lo = panjang mula-mula (m)

 A = luas penampang (m2)

 Nilai modulus Young beberapa beberapa jenis bahan dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Bahan

Modulus Young ( N/m 2 )

Aluminium

70 x 109

Baja

200 x 109

Besi

100 x 109

Beton

20 x 109

Granit

45 x 109

Karet

0,5 x 109

Kuningan

90 x 109 ELASTISITAS UNTUK SMA/MA KELAS XI

4

Nikel

210 x 109

Nikon

5 x 109

Timah

16 x 109

Gambar : Modulus Young atau M odulus Elastis dari berbagai bahan. Sumber : Tipler, Paul A. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga

E. HUKUM HOOKE

Suatu benda yang dikenai gaya akan mengalami perubahan bentuk (volume dan ukuran). Misalnya suatu pegas akan bertambah panjang dari ukuran semula, apabila dikenai gaya sampai batas tertentu. Suatu benda yang dikenai gaya akan mengalami  perubahan bentuk (volume dan ukuran). Misalnya suatu pegas akan bertambah panjang dari ukuran semula, apabila dikenai gaya sampai batas tertentu. Perhatikan Gambar di samping! Pemberian gaya F  sebesar  F  A  akan mengakibatkan pegas bertambah panjang sebesar ∆ x.  x.

Gambar : Skema pertambahan panjang pegas Sumber : http://mafia.mafiaol.com/2012/12/pertambahan panjang pada pegas.html

Bahan-bahan yang bersifat elastik dapat bersifat plastik, dimana dalam grafik hubungan antara gaya (F) dan pertambahan panjang (Δx) dapat digolongkan menjadi dua daerah.



Daerah

dimana

suatu

 bahan, misalnya pegas, bersifat A . Batas elastisitas

O

B . Titik patah

elastik disebut daerah elastik (daerah OA). 

Δx

Daerah

dimana

(pegas)

sudah

elastik

lagi

bahan

tidak

bersifat

disebut

daerah

plastik (daerah AB).

Gambar 3. Daerah 3.  Daerah elastik dan plastic ELASTISITAS UNTUK SMA/MA KELAS XI sumber : dokumen pribadi

5

Hubungan antara gaya yang meregangkan pegas dan pertambahan panjangnya  pada daerah elastisitas pertama kali diselidiki oleh Robert Hooke  (1635  –  1703).   1703). Hasil  penyelidikannya dinyatakan dalam sebuah hukum yang kemudian dikenal sebagai hukum Hooke. Hukum Hooke menyatakan bahwa: di dalam batas elastisitas

(kelentingan) benda,  gaya F sebanding dengan pertambahan panjang benda.   Secara matematis dirumuskan dengan persamaan berikut.

 = − . ∆

. . .  4 

dengan : k = konstanta pegas (N/m) F = gaya (N) ∆X = pertambahan panjang pegas (m) .

ELASTISITAS UNTUK SMA/MA KELAS XI

6

DAFTAR PUSTAKA

Zemansky, Sears.2002. Fisika Sears.2002. Fisika Universitas Jilid 1. 1. Jakarta: Erlangga Tipler, Paul A. 1998. Fisika 1998.  Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi ketiga Jilid 1. 1. Jakarta: Erlangga

ELASTISITAS UNTUK SMA/MA KELAS XI

7