MAKALAH Elastisitas [PDF]

Citation preview

MAKALAH ELASTISITAS FISIKA SEKOLAH MENENGAH ATAS II Makalah Ini Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Kelompok Ujian Akhir Semester Dosen Pembimbing : H. Arif Maftukhin, M.Pd



DISUSUN OLEH : 1. ENDAH PUJI LESTARI



(162150001)



2. NURUL TRI RAHAYU



(162150015)



3. DESI LUTHFIYANTI ULFAH



(162150016)



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA SEMESTER V FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOREJO 2018 i



KATA PENGANTAR



Assalamu’alaikum Wr.wb. Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah dan inayah-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Elastisitas” ini dengan lancar tanpa suatu halangan apapun, dan sesuai waktu yang telah di tentukan. Kami ucapkan banyak terimakasih kepada bapak H. Arif Maftukhin, M.Pd, selaku pembimbing yang telah membimbing kami dalam pembuatan makalah ini. Makalah



ini kami buat untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika



Sekolah Menengah Atas II. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kami, juga para pembaca sekalian untuk menambah ilmu pengetahuan. Kami sadar akan banyaknya kekurangan dalam penulisan makalah ini, karena itu apa bila banyak kesalahan dalam penulisan makalah, kami ucapkan maaf sebesar-besarnya. Semoga teman-teman pembaca mau memberikan kritik dan saran atas makalah kami ini. Sekian dari kami. Wassalamu’alaikum Wr.wb



Purworejo, 20 Desember 2018



Penyusun



ii



DAFTAR ISI Halaman Judul ................................................................................................. i Kata Pengantar ................................................................................................. ii Daftar Isi........................................................................................................... iii Bab I. Pendahuluan ......................................................................................... 1 Latar belakang ...................................................................................... 1 Rumusan Masalah................................................................................. 1 Bab II. Pembahasan .......................................................................................... 2 Sifat Elastisitas Bahan .......................................................................... 2 Elastisitas ............................................................................................. 3 Tegangan ............................................................................................. 4 Regangan ............................................................................................. 4 Modulus Elastisitas .............................................................................. 4 Hasil Praktikum Elastisitas .................................................................. 7 Bab III.Penutup ................................................................................................ 10 Kesimpulan .......................................................................................... 10 Daftar Pustaka



iii



BAB I PENDAHULUAN



A. LATAR BELAKANG Elastisitas (elasticity) adalaha kemampuan (ability) dari benda padat untuk kembali ke bentuk semula segera setelah gaya luar yang bekerja padanya hilang/ dihilangkan. Deformasi (perubahan bentuk) pada benda padat elastis mengikuti aturan yang dikemukakan Robert Hooke yang kemudian dikenal dengan hukum Hooke. Ahli matematika dan juga seorang filsuf asal Inggris ini mencetuskan hukum Hooke (]elastisitas) yang berbunyi “Perubahan bentuk benda elastis akan sebanding dengan gaya yang bekerja padanya sampai batas tertentu (batas elastisitas). Jika gaya yang diberikan ditambah hingga melebihi batas elastisitas benda maka benda akan mengalami deformasi (perubahan bentuk) permanen”. Misalkan saja, sebatang bambu apus kecil. Saat sobat memberikan tenaga untuk membengkokkan bambu tersebut ia akan melengkung (deformasi) yang bersifat sementara yang berarti bahwa bambu berssifat elastis. Bambu akan kembali ke bentuk semula jika sobat dihilangkan gaya bekerja padanya. Akan tetapi jika kita memberikan gaya dalam jumlah yang besar bambu tersebut bisa patah. Kapan ia patah ? ketika gaya yang kita berikan melebihi titik elastis dari bambu.



B. Rumusan Masalah Dalam makalah ini penilis akan membahas beberapa pokok pembahasan yang diantaranya adalah : a. Sifat elastisitas bahan b. Elastisitas c. Tegangan d. Regangan e. Modulus f. Dan Hasil Praktikum elastisitas



1



BAB II PEMBAHASAN



A. SIFAT ELASTISITAS BAHAN 1.



Menentukan kaitan konsep gaya pegas sifat elastisitas bahan



2.



Mendeskripsikan tegangan dan regangan



3.



Merumuskan persamaan matematis tegangan dan regangan



4.



Menganalisa dan membuktikan hukum Hooke tentang elastisitas bahan



5.



Merumuskan dan menentukan kekuatan bahan berdasarkan konsep modulus elastisitas



Kerapatan Dan Berat Jenis Sebuah sifat penting dari zat adalah rasio massa terhadap volumenya yang dinamakan kerapatan. Kerapatan atau rapat massa secara matematis : Kerapatan = massa : volume Huruf Yunani 𝜌 (rho) biasanya digunakan untuk menyatakan kerapatan.



𝝆=



𝒎 𝑽



karena gram semula didefinisikan sebagai massa satu centimeter kubik air, kerapatan air dalam satuan cgs adalah 1 g/cm3. Dengan mengubah ke satua SI, kilogram per meter kubik, kita dapatkan untuk kerapatan air :



𝜌=



1𝑔 𝑘𝑔 100𝑐𝑚 × × = 103 𝑘𝑔/𝑚3 3 3 3 𝑐𝑚 10 𝑚



Kerapatan air berubah dengan berubahnya temperatur. Persamaan menyatakan nilai maksimumnya, yang terjadi pada 4o C. Satuan yang biasa dijumpai untuk volume adalah liter (L) : 1 L = 103 cm3 10-3 m3 Dalam satuan ini, kerapatan air adalah 1,00 kg/L.



2



Rasio kerapatan sebuah zat terhadap kerapatan air dinamakan berat jenis. Berat jenis adalah bilangan tidak berdimensi yang sama dengan besarnya kerapatan ini bila dinyatakan dalam gram per centimeter kubik. Berat jenis suatu zat dapat diperoleh dengan membagi kerapatannya dengan 103kg/m3. Dalam sistem satuan di Amerika sehari-hari, istilah kerapatan berat (yang didefinisikan sebagai rasio beat sebuah benda terhadap volumenya) seringkali digunakan. Kerapatan berat adalah hasil kali kerapatan 𝜌 dengan percepatan gravitasi g :



𝜌=



𝑤 𝑚𝑔 = 𝑉 𝑉



B. ELASTISITAS Ketika kita menarik karet sampai batas tertentu, karet tersebut bertambah panjang. Jika kita melepaskan tarikan, maka karet akan kembali ke panjang semula. Demikian juga ketika kita merentangkan pegas, pegas tersebut akan bertambah panjang. Tetapi ketika dilepaskan, panjang pegas akan kembali seperti semula. Mengapa ketika pegas dilepaskan maka akan kembali ke bentuk semula? Hal itu disebakan karena benda-benda tersebut memiliki sifat elastis. Elastis atau elastisitas 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. Beberapa benda, seperti tanah liat (lempung), adonan tepung kue, dan lilin mainan (plastisin) tidak kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar dihilangkan. Benda-benda seperti itu disebut benda tak elastis atau plastis. Salam sub bab ini kita akan mempelajari salah satu aspek elastisitas bahan, yaitu gaya pegas. Namun, sebelumnya kita akan membahas tentang pemahaman regangan, tegangan, dan modulus elastisitas.



3



C. TEGANGAN Gaya per satuan Luas disebut juga sebagai tegngan. Secara matematis dituliskan sebagai berikut : Tegangan =



𝑔𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑢𝑎𝑠



𝜎=



𝐹 𝐴



Satuan tegangan adalah N/m2 (Newton per meter kuadrat) Tegangan adalah besaran skalar.



D. REGANGAN Regangan merupakan perbandingan antara perubahan panjang dengan panjang awal. Secara matematis dapat dituliskan :



𝑅𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 =



(𝑝𝑒𝑟𝑡𝑎𝑚𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔) (𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑎𝑤𝑎𝑙)



𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑒 =



∆𝐿 𝐿𝑜



Karena pertambahan panjang ∆ dan panjang awal Lo adalah besaran yang sama, maka sesuai persamaan diatas, regangan e tidak memiliki satuan atau dimensi. Kebanyakan benda adalah elastis sampai ke suatu besar gaya tertentu dinamakan batas elastis. Jika gaya yang dikerjakan pada benda akan kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan. Akan tetapi, jika gaya yang diberikan melampaui batas elastis, benda tidak kembali ke bentuk semula, melainkan secara permanen berubah bentuk.



E. MODULUS ELASTISITAS 1.



Modulus elastisitas E suatu bahan didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan. (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛)



𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐸 =



𝜎



2.



𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑢𝑠 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠 =



3.



Modulus elastis juga disebut modulus Young (diberi lambang Y) untuk



𝑟𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛



menghargai Thomas Young.



4



𝑒



4.



Satuan SI untuk tegangan 𝜎 adalah Nm-2 atau Pa, sedangkan regangan e tidak memiliki satuan. Sesuai persamaan pada modulus elastis, maka : (𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 𝜎)



Satuan E = (𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 𝑒) = 𝑁𝑚2 atau Pa 5.



𝐹



∆𝐿



Jika kita substansikan tegangan 𝜎 = 𝐴 dan regangan 𝑒 = 𝐿𝑜 ke dalam persamaan modulus elastis, maka kita peroleh hubungan antara gaya tarik F dengan modulus elastisitas E. 𝐹 𝜎 𝐸= =( 𝐴 ) ∆𝐿 𝑒 𝐿



𝐹 ∆𝐿 =𝐸 𝐴 𝐿



Hukum Hooke Pada Pegas 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 yang dapat dituliskan sebgai berikut : 𝑭 = −𝒌𝒙 Dimana, F = gaya (N) k = konstanta pegas (N/m) x = jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya (m)



5



Penerapan Elastisitas Dalam Kehidupan Sehari-Hari Dibawah ini akan kita berikan sedikit penerapan elastisitas dalam kehidupan sehari-hari. Kita mulai dari teknologi yang sering kita gunakan, yaitu sepeda motor atau mobil. Disini pegas yang digunakan sebagai peredam kejutan pada kendaraan sepeda motor. Istilah kernnya pegas digunakan pada sistem suspensi kendaraan bermototr. Tujuan adanya pegas ini adalah untuk meredam kejutan ketika melewati jalan berlubang, gaya berat yang bekerja pada pengendara (dan gaya berat motor) akan menekan pegas sehigngga pegas mengalami mampatan. Akibat sifat elastisitas yang dimilikinya, pegas meregang kembali setelah termampatkan. Perubahan panjang pegas ini menyebabkan pengendara merasakan ayunan. Dalam kondisi ini, pengendara merasa sangat nyaman ketika kita sedang mengendarai sepeda motor. Pegas yang digunakan pada sepeda motor atau kendaraan lainnya telah dirancang untuk mampu menahan gaya berat sampai batas tertentu. Jika gaya berat yang menekan pegas melewati batas elastisitasnya, maka lamakelamaan sifat elastisitas pegas akan hilang. Oleh karena itu, agar pegas motor yang kita gunakan awet muda, maka sebaiknya jangan ditumpangi lebih dari tiga orang. Perancang sepeda mtor telah memperhitungkan beban maksimum yang dapat diatasi oleh pegas (biasanya dua orang). Pegas bukan hanya digunkana pada sistem suspensi pada motor tetapi juga pada kendaraan lainnya, seperti mobil, kereta api, dll.



6



F. HASIL PRAKTIKUM ELASTISITAS



LAPORAN PRAKTIKUM ALAT PERAGA HUKUM HOOKE



A. Tujuan 1. Untuk mengetahui hubungan antara gaya yang bekerja pada pegas dan pertambahan panjang pegas. 2. Untuk mengetahui konstanta pegas. B. Alat dan Bahan 1. Kayu



4. Beban



2. Paku



5. Penggaris



3. Pegas C. Langkah kerja 1. Menyiapkan alat dan bahan praktikum. 2. Memasang pengait pegas pada batang kayu 3. Menggantung pegas pada pengait. 4. Kemudian mengukur panjang mula-mula pegas (tanpa beban) dengan membaca skala pada mistar dan mencatat data tersebut. 5. Setelah itu memasang beban 0,1 kg pada ujung bawah pegas. 6. Lalu menghitung pertambahan panjang beban yang digantungkan pada ujung pegas menggunakan rumus ∆𝐿 = 𝐿 − 𝐿o Dengan :



L = pertambahan panjang



(m)



L₀ = panjang pegas mula-mula



(m)



L = panjang setelah diberi beban



(m)



7. Menghitung besar gaya yang bekerja pada pegas (gaya berat beban) dengan menggunakan rumus F = mg Dengan : F = Gaya (N)



7



m = massa beban



(kg)



g = percepatan gravitsi (10 m/s2)



8. . Menghitung konstanta pegas dengan persamaan : 𝐹



k = ∆𝐿 mengulangi langkah 4-8 dengan merubah massa beban (m1= 0,1 kg, m2 = 0,15 kg, m3 = 0,2 kg) D. Hasil percobaan Diketahui :



m1= 0,1 kg, m2 = 0,15 kg, m3 = 0,2 kg g = 10 m/s2 L0 = 15 cm = 0,15 m 𝐹



No Massa beban (kg)



∆𝐿 = L - L0 (m)



F = m.g (N)



k = ∆𝐿 (N/m)



1



0,1



0,11



1



9,090



2



0,15



0,13



1,5



11,538



3



0,2



0,14



2



14,285



E. Analisis  Untuk mencari gaya (F) : F1 = m.g = 0,1 kg . 10 m/s2 = 1 N F2 = m.g = 0,15 kg . 10 m/s2 = 1,5 N F3 = m.g = 0,2 kg . 10 m/s2 = 2 N  Untuk mencari pertambahan panjang (∆𝐿) ∶ ∆𝐿1= L - L0 = (0,26 – 0,15)m = 0,11 m ∆𝐿2 = L - L0



8



= (0,28 – 0,15)m = 0,13 m ∆𝐿3 = L - L0 = (0,29 – 0,15)m = 0,14 m  Untuk mencari konstanta pegas: 𝐹



k1 = =



∆𝐿 1N 0,11 m



= 9,090 N/m



𝐹



k2 =



∆𝐿 1,5 N



=



0,13 m



= 11,538 N/m



𝐹



k3 =



∆𝐿



=



2N 0,14 m



= 14,285 N/m



F. Kesimpulan Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1.



Semakin berat massa beban yang digantung pada pegas, maka semakin besar gaya yang diperlukan untuk menarik beban



2.



Besarnya konstanta dipengaruhi oleh massa, gaya, dan gravitasi.



3.



Besarnya



gaya



yang



dibrikan



berbanding



lurus



dengan



pertambahan panjang pegas 4.



Konstanta pada masing-masing percobaan berbeda dikarenakan perbedaan bahan yang digunakan.



9



BAB III PENUTUP



A. KESIMPULAN Dalam fisika, elastisitas adalah kemampuan suatu zat padat untuk kebali ke bentuk awal setelah mendapat gangguan luar yang diterakan dan kemudian dihilangkan. Sebuah benda dengan tingkat tinggi elastisitas mampu untuk memiliki banyak perubahan bentuknya, dan masih bisa kembali ke bentuk aslinya. Zat padat dengan sedikit atau tanpa elastisitas baik menjadi cacat permanen atau pecah ketika sebuah gaya yang diterapkan kepada mereka. Elastisitas



secara



jangka



panjang



juga



dapat



digunakan



untuk



menggambarkan kemampuan proses atau sistem untuk meregangkan atau bersifat fleksibel. Karena molekul membentuk zat padat, cairan, dan gas, mereka semua bereaksi secara berbeda terhadap tekanan luar. Molekul-molekul yang membentuk zat



padat sangat dekat bersama-sama dan ditemukan dalam



susunan yang rapat. Ini berarti bahwa ada sedikit ruang untuk diberikan ketika gaya diterapkan ntuk suatu peralatan. Molekul-molekul cairan dan gas adalah menyebar yang terpisah lebih jauh, dan bergerak lebh bebas daripada zat padat. Ketika sebuah gaya yang diterapkan pada cairan dan gas, mereka dapat mengalir di sekitar gaya, atau akan di kompresi, atau tidak seperti kebanyakan zat padat.



10



DAFTAR PUSTAKA



https://id.wikipedia.org/wiki/hukum_Hooke https://carimakalahlengkap.blogspot.com/2016/09/elastisitas.html gurumuda.net/tag/elastisitas-fisika-dasar-pdf.



11