Disusun Oleh Ricky Azrofi Samara, S.Pd PPG Dalam Jabatan Kategori 2 Tahun 2022 UNIVERSITAS KATOLIK WIDYA MANDALA SURABAYA BAHAN AJAR HUKUM HOOKE DAN KONSTANTA SUSUNAN PEGAS 1

PETA KONSEP ELASTISITAS DAN HUKUM HOOKE 2

PERTEMUAN PERTAMA HUKUM HOOKE (KONSTANTA ELASTISITAS) Melalui kegiatan belajar ini, Peserta didik diharapkan jujur dan teliti dalam Menganalisis sifat elastisitas bahan dalam kehidupan sehari-hari. Peserta didik juga diharapkan teliti dan objektif, mampu bekerja sama, serta terampil dalam Melakukan percobaan tentang sifat elastisitas suatu bahan berikut presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya. PENDAHULUAN Setelah sebelumnya kalian mempelajari dan menganalisis konsep karakteristik elastisitas dan Modulus Young yang terkait dengan tegangan serta regangan. Pada pertemuan berikut ini kalian akan menganalisis konsep konstanta elastisitas yang dituangkan dalam materi Hukum Hooke yang akan dekat penerapannya dengan berbagai hal dalam kehidupan kalian. Ayok kita pelajari sama-sama! Penggunaan pegas banyak anda jumpai dalam kehidupan sehari-hari dengan berbagai tipe-tipe pegas. Shockbreaker sepeda motor/mobil, springbed, neraca pegas dan masih banyak lagi alat-alat yang menggunakan sifat elastis pegas. Ketika anda duduk di atas sepeda motor, pegas pada shockbreaker akan memendek. Begitu pula ketika anda menggantungkan benda di neraca pegas, maka pegas di dalamnya akan memanjang. MASALAH A. Konstanta Pegas Gambar 1.1 pegas pada mobil “Jika terdapat dua jenis ayunan per bayi dengan satu pegas yang bisa dipilih oleh sepasang suami istri, agar mendapatkan ayunan per bayi yang mudah untuk diayun, mereka lebih baik memilih ayunan dengan satu pegas yang besar tebal atau pegas dengan ukuran sedang?” 3

Konstanta pegas menggambarkan kekakuan pegas dan biasanya nilai konstanta bergantung pada tebal/tipisnya bahan pegas. Semakin besar konstanta yang dimiliki pegas, pegas semakin kaku dan semakin sulit diregangkan atau ditekan. Begitu pula sebaliknya, jika konstanta pegas kecil, pegas tersebut semakin mudah diregangkan atau ditekan. Maka dengan demikian, jika konstanta pegas semakin besar maka gaya yang diberikan untuk meregangkan atau menekannya juga semakin besar. Seperti karet yang memiliki tetapan gaya yang kecil sebaliknya pegas yang sulit diregangkan memiliki tetapan gaya yang besar. Secara umum temuannya Hooke dapat dinyatakan sebagai berikut Gambar 1.2 tipe-tipe pegas B. Hukum Hooke Keterangan: F = gaya yang diberikan pada pegas (N) k = tetapan gaya pegas (N/m) ∆ = pertambahan panjang pegas (m) Pada bahasan sebelum-sebelumnya kalian sudah memahami bahwa ketika suatu benda yang dikenai gaya, maka benda tersebut akan mengalami perubahan bentuk (volume dan ukuran). Dan kalian juga sudah memahami bahwa suatu pegas mempunyai konstanta dengan nilai tertentu sesuai bahasan sebelumnya. Maka misalnya suatu pegas akan bertambah panjang dari ukuran semula, apabila dikenai gaya sampai batas tertentu. Pemberian gaya sebesar F akan mengakibatkan pegas bertambah panjang sebesar Δx . Besar gaya F berbanding lurus dengan konstanta (k)yang dimiliki oleh sebuah pegas. Perhatikan gambar di atas.!! Kalau jeli mengamati, anda akan menemukan bahwa sebuah beban dengan berat tertentu akan menyebabkan pertambahan panjang yang berbeda untuk dua jenis pegas yang berbeda. Perbedaan pertambahan panjang ini disebabkan karakteristik pegas yang dinyatakan sebagai konstanta pegas. x =Panjang awal ∆x=Pertambahan panjang Gambar 1.3 Pengaruh gaya pada pegas 4

https://www.youtube. com/watch?v=Da1qs xuJKmc Check This Out! Info Hukum Hooke Hukum Hooke menyatakan bahwa “Pada daerah elastis benda, pertambahan panjang yang timbul berbanding lurus dengan gaya tarik yang diberikan.” Hooke merupakan seorang arsitek berkembangsaan Inggris yang menemukan bahwa pertambahan pegas sangat bergantung pada karakteristik benda tersebut. Sebagai contoh, terdapat dua benda yang memiliki keregangan yang berbeda seperti karet dan pegas. Pada karet walaupun dikenai gaya yang kecil karet mudah teregang sebaliknya pegas sangat sulit diregangkan sehingga pertambahan panjangnya sedikit. Karakteristik ini dapat dinyatakan sebagai tetapan gaya dari pegas tersebut. Pegas dengan konstanta sebesar 200 N/m diberi gaya sebesar 50 N. Tentukan pertambahan panjang pegas! Contoh Soal Hukum Hooke F = 50N Penyelesaian: Dik : k = 200 N/m F = 50 N Dit : ∆ …? F = k. ∆ maka Ayo Melakukan Percobaan Virtual!!! Lembar Kerja Peserta Didik Untuk menambah pemahamanmu mengenai konsep Hukum Hooke yang terkait dengan berbagai hal dalam kehidupan sehari-hari. Mari ikuti kegiatan berikut dengan scan QR Code yang sudah disediakan di samping tulisan ini. Diskusikan dengan kelompok masing-masing 5

PERTEMUAN KEDUA KONSTANTA SUSUNAN PEGAS SERI DAN PARALEL Melalui kegiatan belajar ini, Peserta didik diharapkan jujur dan teliti dalam Menganalisis sifat elastisitas bahan dalam kehidupan sehari-hari. Peserta didik juga diharapkan teliti dan objektif, mampu bekerja sama, serta terampil dalam Melakukan percobaan tentang sifat elastisitas suatu bahan berikut presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya. PENDAHULUAN Setelah sebelumnya kalian mempelajari dan menganalisis konstanta pegas dan hubungannya terhadap pertambahan panjang pegas ketika dikenakan gaya, berikutnya mari kita mempelajari dan menganalisis tentang apakah yang akan terjadi kepada sebuah pegas yang disusun dengan susunan pegas seri, paralel atau gabungan. Bagaimanakah penerapannya dalam kehidupan sehari-hari? Ayo Kita Belajar Lagi A. Konstanta Susunan Pegas Seri MASALAH “Shockbreaker motor mana yang lebih nyaman dan efektif jika melalui jalanan berlubang, apakah shockbreaker tipe dualshock atau tipe monoshock?” Gambar 2.1 Susunan Pegas Seri Susunan seri pegas merupakan gabungan dua atau lebih pegas yang tiap ujungnya secara berurutan seperti pada gambar 2.1. Struktur seri membuat pegas disusun dengan jumlah yang sama sehingga panjang pegas akan dihitung 2 kali dari panjang awal pegas. Konstanta pegas dapat berubah nilainya, apabila pegas-pegas tersebut disusun menjadi rangkaian. Hal ini diperlukan, jika Anda ingin mendapatkan suatu nilai konstanta pegas untuk tujuan praktis tertentu, misalnya dalam merancang pegas yang digunakan sebagai shockbreaker. Besar konstanta total rangkaian pegas bergantung pada jenis rangkaian pegas, yaitu rangkaian pegas seri atau rangkaian pegas paralel. 6

3/1.200 >>>>> 1/ks = 7/1.200 ks = 1.200/7 ks = 171,43 N/m Jadi, konstanta pegas yang disusun secara seri tersebut adalah 171,43 N/m 7

300 kp = 1.000 N/m Ayo Melakukan Percobaan Virtual!!! Lembar Kerja Peserta Didik https://youtu.be/u srvW9n36CI Check This Out! Materi Susunan Gabungan Seri dan Paralel 8

Evaluasi Pemahaman Jawablah beberapa pertanyaan berikut ini pada buku latihan 1. Tayo mempunyai dua buah pegas, yang satu tipis dan yang satu lebih tebal, ketika Tayo menarik kedua buah pegas dengan gaya tarik yang sama, pegas yang lebih tipis lebih mudah dirasa Tayo untuk ditarik daripada pegas yang lebih tebal. Dari kejadian yang diselidiki oleh Tayo, jelaskan mengapa hal itu terjadi dalam kaitannya dengan konstanta pegas! No Gaya (N) Pertambahan Panjang Pegas (cm) 1 5 1 2 10 2 3 15 3 2. Pada sebuah percobaan menentukan konstanta suatu pegas diperoleh data seperti pada tabel. Berikan kesimpulanmu terhadap tabel di samping! Lalu tentukan nilai konstanta pegasnya! 3. Konstanta pegas yang mempunyai hubungan antara gaya (F) dengan pertambahan panjang (x), yang ditunjukkan oleh grafik di samping adalah 4. Tayo menyelidiki sebuah pegas yang mula-mula panjangnya 20,0 cm, ketika Tayo tarik dengan gaya 2,1 N panjangnya menjadi 23,0 cm. Berapa besar konstanta pegas? Berapa besar gaya pegas saat panjang pegas yang ditarik menjadi 25,0 cm? 5. Dalam mata pelajaran fisika materi hukum Hooke dilakukan praktikum sederhana terhadap sebuah pegas yang diberikan 5 buah gaya yang berbeda oleh 5 orang siswa secara bergiliran yang kemudian ditampilkan dalam tabel hasil pengamatan di bawah ini. Berdasarkan tabel data di atas, dapat disimpulkan bahwa konstanta pegas yang digunakan dalam praktikum memiliki konstanta sebesar ....N/m A. 100 B. 150 C. 200 D. 250 E. 300 Refleksi Diri Setelah Kalian mempelajari materi yang disajikan. Peranan, manfaat, atau pembelajaran apa yang dapat diambil? Tuliskan pada buku latihan Kalian. 9

6. Perhatikan gambar di bawah! Jika diketahui keempat pegas tersebut identik (k1=k2=k3=k4) dan diberikan beban yang sama, maka pernyataan yang benar di bawah ini adalah 7. Dua pegas disusun seperti gambar di samping. Masing-masing pegas mempunyai konstanta k1 = 12 N/m dan k2 =4 N/m. Pada pegas digantungi beban sebesar 0,3 N. Maka konstanta pengganti susunan seri (Ks) dan pertambahan panjang pegas adalah 9. Dua buah pegas disusun paralel. Masing-masing pegas memiliki konstanta pegas sebesar 200 N/m. Bila pegas digantungkan secara vertikal kemudian di ujungnya dibebani benda bermassa 2 kg. Berapa pertambahan panjang pegas? a. Bagaimana jika pegas dengan konstanta yang sama ditambahkan lagi di samping kedua pegas? b. Jelaskan bagaimana pertambahan panjang pegas jika disusun secara seri? Menurutmu susunan manakah yang paling mudah untuk bertambah panjang? A. Pegas susunan seri akan bertambah lebih panjang daripada pegas susunan paralel B. Pegas susunan paralel akan bertambah lebih panjang daripada pegas susunan seri C. Pertambahan panjang pegas susunan seri akan sama dengan pegas susunan paralel D. Gaya tarik pada susunan pegas seri lebih besar daripada susunan pegas paralel E. Gaya tarik pada susunan pegas paralel lebih besar daripada susunan pegas seri A. 3 N/m dan 1 cm D. 30 N/m dan 10 cm B. 3 N/m dan 10 cm E. 3 N/m dan 0,1 cm C. 30 N/m dan 1 cm 10. Perhatikan kedua gambar di samping! A. Jika dibandingkan, menurutmu konstanta pegas mana yang mempunyai nilai yang lebih besar? Dan bagaimana kaitannya dengan fungsi alat tersebut! B. Jika pegas pada shockbreaker dibuat menjadi lebih tipis menurutmu apa yang akan terjadi? 8. Tiga pegas identik, masing-masing mempunyai konstanta elastisitas 200 N/m tersusun seri-paralel seperti pada gambar di samping. Pada ujung bawah susunan pegas digantungi beban seberat W sehingga susunan pegas bertambah panjang 1 cm. Hitunglah nilai W! A. 3/4 N B. 6/4 N C. 4/3 N D. 4/6 N E. 3 N 10 C. Jika pegas pada arm grip dipotong menjadi setengahnya, apakah yang terjadi? Akankah arm grip menjadi lebih mudah digenggam atau makin lebih sulit digenggam?

11 DAFTAR PUSTAKA Foster, Bob. 2006. 1001 Soal dan Pembahasan Fisika. Jakarta: Erlangga. Giancoli. 2001. Fisika jilid 1,2 (terjemahan). Jakarta: Erlangga. Gonick, Larry and Art Huffman. 2002.Kartun Fisika (Terjemahan). Jakarta: Gramedia. Halliday & Resnick. 1991. Fisika 1,2 (Terjemahan). Jakarta: Erlangga. Hudson Tiner, John. 2005. 100 Ilmuwan (Terjemah). Batam: karisma Publishing group. Isaac, Alan (editor). 1990. Kamus Lengkap Fisika (Terjemah). Jakarta: Erlangga Ketut, Lasmi. 2004. Bimbingan Pemantapan Fisika. Bandung: Yrama Widya Pujianto,dkk.2016.Buku Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Klaten: Intan Pariwara Supiyanto.2006. FISIKA untuk SMA kelas XI. Jakarta: Phibeta.