Tujuan praktikum
Menyelidiki hubungan antara gaya dengan pertambahan panjang pegas
- Alat dan bahan
- Dasar Statif
- Kaki Statif
- Batang Statif
- Pegas
- Beban
- Penggaris
- Stopwatch
- Pegas Spiral
Hukum Hooke berlaku pada banyak zat padat yang elastis, dan menyatakan bahwa benda
Δl sebanding dengan gaya yang diberikan.
F = k
Δl
Jika gaya terlalu besar, maka benda akn melewati batas elastisitasnya
yang berarti bahwa benda tersebut tidak akan kembali ke bentuk asalnya.
Jika gaya lebih besar dari pada kekuatan maksimumnya maka materi
tersebut akan patah atau tidak kembali ke bentuk asalnya.
Secara matematis Hukum Hooke dirumuskan: F = – k x, dengan F = gaya
pemulih dan x = simpangan, dengan tanda negative menunjukkan bahwa gaya
pemulih mempunyai arah berlawanan dengan arah simpangan. Ketika kita
menarik pegas ke bawah arah simpangannya ke bawah, sedangkan arah gaya
pemulih pegas itu akan berarah ke atas. Dan sebaliknya jika arah
simpangan ke atas maka arah gaya pemulih pegas ke bawah. Hukum Hooke
dicetuskan pertama kali oleh Robert Hooke (1635-1703).
Jika kita menarik ujung pegas,sementara ujung pegas yang lainnya terikat tetap,pegas akan bertambah
panjang.Jika
pegas kita lepaskan ,pegas akan kembali ke posisi semula akibat gaya
pemulih.Pertambahan panjang pegas saat diberi gaya akan sebanding dengan
besar gaya yang diberikan ,hal ini sesuai dengan hokum nooke yang
menyatakan bahwa “ Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastisitas
pegas,maka perubahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya
tariknya.(fisika memang asik,4 Maret 2012)
Pernyataan tersebut pertama kali di kemukakan oleh ROBERT
HOOKE,seoramh arsitek yang ditugaskan untuk membangun kembali gedung
gedung di London yang mengalami kebakaran pada tahuhn 1666 .Oleh karena
itu,pernyataan di atas dikenal sebagai hokum hooke .(Marthen
Kanginan,Juni 2013,235)
Selain bergantung pada besar gaya berat beban yang digantungkan,pertambahan panjang pegas juga bergantung pada kekakuan
pegas.Untuk
gaya beban yang sama,pertambahan panjang pegas yang lebih kaku akan
lebih kecil daripada pertambahan panjang pegas yang kekakuannya lebih
kecil.Kekakuan sebuah pegas ditunjukkan dengan suatu nilai karakteristik
yang disebut konstanta gaya pegas atau disngkat konstanta pegas
k..Makin besar nilai
k makin kaku pegas itu.(Bagus raharja dkk,Mei 2013,128)
Hukum hooke berlaku hanya pada batas linear karakteristik
bahan,daerah ketika pertambahan panjang pegas sebanding dengan besar
gaya yang diterima
pegas.batas
linear sebuah pegas,biasanya dipahami sebagai keadaan ketika besar gaya
yang diberikan akan menyebabkan pegas memanjang hinggga dua kali
panjangnya.Jika hal itu dilakukan pegas akan rusak,daya elastisitasnya akan berkurang atau bahkan hilang.(
Gurumuda.net,7 Des 2013).
Gaya elastisitas/pegas adalah gaya yang mengembalikan pegas agar
kembali ke bentuk semula setelah meregang/menekan. Gaya pegas berlawanan
arah dengan gaya berat dan pertambahan panjang, dapat dirumuskan,
tetapan pegas dapat ditentukan melalui penjelasan dan persamaan berikut:
Hukum Hooke untuk pegas yang bergerak secara vertical.
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:
F adalah gaya (dalam unit newton)
k adalah konstante pegas (dalam newton per meter)
x adalah jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya (dalam unit meter).
Hukum Hooke menyatakan hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas
danpertambahan panjang (X), didaerah yang ada dalam batas kelentingan
pegas.F = k.Δx Atau : F = k (tetap) xk adalah suatu tetapan perbandingan
yang disebut tetapan pegas yang nilainyaberbeda untuk pegas yang
berbeda.Tetapan pegas adalah gaya per satuan tambahan panjang. Satuannya
dalam SI adalah N/m.
Persamaan gerak getaran dapat diturunkan dari dua buah hukum gerak,
yaitu Hukum II Newton dan Hukum Hooke. Jika gaya pegas adalah satu –
satunya gaya luar yang bekerja pada benda, maka pada benda berlaku Hukum
II Newton Atau Persamaan diatas merupakan persamaan gerak getaran
selaras (simple harmonic motion). Dalam getaran selaras, benda
berosilasi di antara dua posisi dalam waktu (periode) tertentu dengan
asumsi tanpa kehilangan tenaga mekaniknya. Dengan kata lain, simpangan
maksimum (amplitudo) getaran tetap. Dapat ditulis menjadi Persamaan
diatas disebut persamaan diferensial, karena mengandung suku yang berupa
diferensial. Penyelesaian dari Persamaan tersebut dapat berbentuk
Gambar simpangan getaran selaras sederhana. Fungsi x periodik dan
berulang pada simpangan yang sama dengan keanikan sebesar 2 Periode
getaran T adalah waktu yang diperlukan benda untuk menjalani gerakan
satu putaran (cycle). Ini berarti nilai x pada saat t sama dengan nilai x
pada saat t + T.
Berdasarkan kenyataan ini dapat diketahui bahwa:
Kebalikan dari periode dinamakan f. Frekuensi menyatakan jumlah
getaran per satuan waktu. Satuannya adalah hertz (Hz) Dengan demikian,
frekuensi sudutnya adalah Persamaan gerak getaran di atas dapat juga
dinyatakan dalam cosinus, yaitu Suatu getaran memiliki persamaan
simpangan unik yang bentuk de_nitifnya ditentukan oleh posisi awal dan
kecepatan awal (keduaya sering disebut sebagai syarat awal).
Karakteristik Rangkaian Pegas Pada dasarnya rangkaian pegas ada dua,
yaitu rangakaian seri dan paralel. Jika sebuah sistem tersusun atas
rangkaian seri dan paralel, rangkaian itu disebut rangakaian kompleks.
Dalam bahasan ini akan dijelaskan nilai konstanta pegas (k) sistem
untuk pegas-pegas yang tersusun secara seri dan paralel. Pada rangkaian
seri, gaya yang bekerja pada setiap pegas sama tetapi pertambahan
panjang setiap pegas berbeda. Sedangkan pada rangkaina paralel, gaya
yang bekerja pada setiap pegas berbeda tetapi pertambahan panjang setiap
pegas adalah sama.
Contoh rangkaian seri dan paralel dari tiga pegas dapat dilihat dari
percobaan berikut : Rangkaian Seri Rangkaian Paralel Untuk rangkaian
pegas secara seri berlaku kaitan, yitu perubahan panjang total pegas
merupakan penjumlahan perubahan panjang masing-masing pegas. Sehingga,
dapat dirumuskan :
Δxtotal = Δx1 + Δx2 + Δx3
Dengan menerapkan hukum Hooke
F = k Δx dan gaya pada
setiap pegas sama dengan gaya total yang bekerja ( ), diperoleh nilai
konstanta pegas untuk rangkaian pegas secara seri adalah Jika ada n
pegas yang tersusun secara seri, nilai konstanta pegas totalnya adalah
Jika hanya ada dua pegas yang disusun secara seri, nilai konstanta pegas
totalnya adalah Sedangkan dengan rangkaian pegas secara paralel berlaku
kaitan gaya total yang bekerja pada pegas sama dengan jumlah dari
gaya-gaya yang bekerja pada masing-masing pegas, yaitu dengan menerapkan
hukum Hooke
F = k Δx dan pertambahan panjang pada masing-masing pegas sama dengan pertambahan panjang total
(Δxtotal=Δx1=Δx2= Δx3),
diperoleh nilai konstanta pegas untuk rangkaian pegas secara seri
adalah Jika ada n pegas yang tersusun secara paralel, nilai konstanta
pegas totalnya adalah Benda yang melakukan gerak lurus berubah
beraturan, mempunyai percepatan yang tetap, Ini berarti pada benda
senantiasa bekerja gaya yang tetap baik arahnya maupun besarnya. Bila
gayanya selalu berubah-ubah, percepatannyapun berubah-ubah pula.
Gerak yang berulang dalam selang waktu yang sama disebut Gerak
Periodik. Gerak periodik ini selalu dapat dinyatakan dalam fungsi sinus
atau cosinus, oleh sebab itu gerak periodik disebut Gerak Harmonik. Jika
gerak yang periodik ini bergerak bolak-balik melalui lintasan yang sama
disebut Getaran atau Osilasi. Gerak Harmonic Sederhana adalah gerak
bolak-balik yang melewati titik keseimbangan dengan frekuensi tetap dan
tidak mengalami redaman atau damping. Dengan kata lain, gaya yang
bekerja pada partikel hanya bergantung pada posisi. Gerak harmonic
teredam dimana gaya yang bekerja pada partikel bergantung pada posisi
dan kecepatan partikel. Adapun gerak harmonic teredam terpaksa, yaitu
gerak partikel dipaksa untuk melakukan gerak teredam karena adanya gaya
luar yang bekerja pada partikel.
Salah satu prinsip dasar dari analisa struktur adalah hukum Hooke
yang menyatakan bahwa pada suatu struktur : hubungan tegangan (stress)
dan regangan (strain) adalah proporsional atau hubungan beban (load) dan
deformasi (deformations) adalah proporsional. Struktur yang mengikuti
hukum Hooke dikatakan elastis linier dimana hubungan F dan y berupa
garis lurus. Sedangkan struktur yang tidak mengikuti hukum Hooke
dikatakan Elastis non linier.
Tanda
negatif (-) dalam persamaan menunjukkan berarti
gaya pemulih berlawanan arah dengan perpanjangan.
”jika gaya tarik tidak melampaui batas elastis pegas,pertambahan
panjang pegas berbanding lurus (sebanding) dengan gaya tariknya”.
Pernyataan ini dikemukakan oleh Robert Hooke, oleh karena itu, pernyataan di atas dikenal sebagai Hukum
Hooke.Untuk
menyelidiki berlakunya hukum hooke, kita bisa melakukan percobaan pada
pegas. Selisih panjang pegas ketika diberi gaya tarik dengan panjang
awalnya disebut
pertambahan panjang.
Seperti kita menyelidiki sifat elastisitas bahan, kita juga mengukur pertambahan panjang pegas dan besarnya gaya yang
diberikan.Dalam hal ini,gaya yang diberikan sama dengan berat benda = massa x percepatan gravitasi.
- Prosedur Praktikum
- Susunlah statif seprti gambar berikut
- Ukur panjang pegas awal / sebelum diberi beban = l0
- Gantungkan beban pada ujung pegas (berat beban diukur menggunakan neraca pegas)
- Ukur panjang akhir pegas (lt) setelah diberi beban
- Ulangi percobaan untuk massa beban yang berbeda
- Masukkan datanya ke tabel hasil pengamatan
- Tabel hasil pengamatan
| Percobaan ke |
Massa(kg) |
Berat=w=m.g(N) |
Lo(m) |
Lt(m) |
| 1 |
3010-3 |
310-1 |
5510-3 |
10010-3 |
| 2 |
10010-3 |
1010-1 |
5510-3 |
16510-3 |
| 3 |
13010-3 |
1310-1 |
5510-3 |
20010-3 |
| 4 |
100010-3 |
10010-1 |
5510-3 |
36010-3 |
- Analisis Data dan perhitungan
- Lengkapi table analisis data berikut ini
| Percobaan ke |
F(N) |
ΔL = Lt-Lo(m) |
F/ΔL |
| 1 |
310-1 |
4510-3 |
6,7102 |
| 2 |
1010-1 |
11010-3 |
9,0102 |
| 3 |
1310-1 |
14510-3 |
8,9102 |
| 4 |
10010-1 |
30510-3 |
32,7102 |
- Adakah kecenderungan pola tertentu yang teramati pada analisis data? Pola apa yang teramati?
- Buatlah grafik pertambahan panjang pegas terhadap pertambahan gaya
- Bagaimana bentuk grafik yang dihasilkan
- Apa yang terjadi jika pegas terus-terusan diberi beban?
- Setiap kali ditambahkan beban pada pegas, apa yang terjadi pada pegas?
- Apa yang dimaksud dengan tetapan gaya pegas?
- Tuliskan rumus untuk menghitung gaya pegas.
Jawaban:
- Dari percobaan 1 dan 2 hasilnya menaik, percobaan 3 hasilnya menurun, percobaan 4 hasilnya menaik
- Menaik
- Pegas akan merenggang, dan tidak akan kembali ke bentuk semula
- Pegas bertambah panjang
- Tetapan pegas adalah tetapan yang berlaku untuk benda elastis jika diber gaya yang tidak melampaui titik a(batas hukum hooke)
- F = k Δl
Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari hasil praktikum mengenai Hukum Hooke ini adalah sebagai berikut :
- Semakin berat massa beban yang digantung pada pegas, maka semakin besar gaya yang diperlukan untuk menarik beban ke bawah.
- Besarnya konstanta dipengaruhi oleh massa, gaya, dan gravitasi. Dan
dapat terjadi kesalahan atau ketidakakuratan data karena pengaruh
keseimbangan pegas, kesalahan dalam penghitungan massa maupun gaya.
- Renggang tidaknya suatu pegas dipengaruhi oleh massa beban yang digantungkan.
- Besarnya gaya yang diberikan berbanding lurus dengan pertambahan panjang pegas (ΔL) yaitu panjang akhir – panjang awal.
http://rajasariamelia.blogspot.com/2014/05/praktikum-hukum-hooke.html http://alymandaku.wordpress.com/
http://gracep3.wordpress.com/
http://slideshare.com/HukumHooke/
