Elastisitas Bahan

BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat anak-anak bermain ketapel, anak-anak bermain menggunakan lilin malam. Jika kita perhatikan anak-anak yang sedang bermain ketapel tersebut, ketika karet pada ketapel itu di tarik atau diberikan gaya maka karet tersebut akan mengalami perubahan bentuk dan ketika tarikan dilepas atau gayanya di hilangkan, maka karet tersebut akan kembali pada bentuk semula. Berbeda ketika kita melihat anak-anak yang sedmaka setelah di lepaskanang bermain lilin malam, ketika lilin malam tersebut di tekan dan mengalami perubahan bentuk.

Pada saat kita menarik sebuah karet gelang, dengan jelas kita akan melihat karet gelang tersebut mengalami perubahan bentuk. Demikian juga ketika kita duduk di atas kasur busa, maka kasur busa tersebut akan mengalami perubahan bentuk juga.
Kita tinjau sebuah karet, apabila karet direntangkan dengan menarik kedua ujungnya maka panjang karet akan bertambah panjang, dan jika tarikannya dilepaskan, maka panjang karet akan kembali kepanjang semula. Berbeda dengan kantong plastic, ketika kantong plastic ditarik dan mengalami perubahan bentuk maka plastic tidak akan kembali kebentuk semula setelah tarikan yang diberikan dilepaskan. Hal tersebut bergantung pada sifat elastisitas benda itu sendiri. Sifat elastis atau elastisitas benda adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan atau dibebaskan. Benda dikatakan elastic jika gaya yang mempengaruhi benda dihilangkan, bentuk benda kembali kebentuk semula, dan benda dikatakan plastic apabila bentuk benda tidak kembali kebentuk semula setelah gaya yang mempengaruhinya dihilangkan. 

B.     RUMUSAN MASALAH

1.      Apa pengertian elastisitas?

2.      Apakah tegangan dan regangan?

3.      Bagaimana modulus elastic?

4.      Bagaimana hukum Hooke?

BAB II

PEMBAHASAN

A.    ELASTISITAS BAHAN

Elastisitas adalah sifat yang dimiliki oleh suatu benda (bahan) untuk kembali ke bentuk semula. Suatu benda memiliki batas elastisitas atau kelentingan tertentu. Berdasarkan elastisitasnya, bahan dibedakan menjadi bahan elastis dan bahan plastis. Bahan plastis adalah bahan yang dapat kembali ke bentuk semula jika gaya yang bekerja padanya ditiadakan. Misalnya karet dan pegas. Sedangkan bahan plastis adalah bahan yang tidak dapat kembali ke bentuk semula setelah gaya yang bekerja padanya ditiadakan. Misalnya plastisin, tanah liat, kayu, dan kaca.

Elastisitas bahan bergantung pada jenis bahan. Ditinjau dari segi mikroskopis, elastisitas tergantung dari molekul penyusun dan struktur molekul penyusun bahan. Misalnya, meskipun dua bahan tersusun dari molekul atau unsur yang sama apabila struktur penyusunnya berbeda maka elastisitas dua bahan tersebut berbeda.

B.     SIFAT ELASTISITAS BAHAN

Sifat Elastisitas atau elastis :

Suatu benda dikatakan memiliki sifat elastisitas jika benda itu diberi gaya kemudian gaya itu dihilangkan, benda akan kembali ke bentuk semula. Jika suatu benda tidak dapat kembali lagi ke bentuk semula setelah gaya yang bekerja padanya dihilangkan, benda itu dikatakan plastis.

·         Contoh benda elastis: karet, pegas, baja, kayu.

·         Contoh benda plastis: plastisin, tanah liat, adonan kue.

C.    PENGERTIAN ELASTISITAS

Elastisitas adalah Kecenderungan pada suatu benda untuk berubah dalam bentuk baik panjang, lebar maupun tingginya, tetapi massanya tetap, hal itu disebabkan oleh gaya-gaya yang menekan atau menariknya, pada saat gaya ditiadakan bentuk kembali seperti semula. Ketika suatu benda elastis ditarik sampai batas tertentu, maka benda tersebut akan panjang. Jika tarikan dilepas, maka benda tersebut akan kembali ke bentuk semula. Hal itu disebabkan karena benda-benda tersebut memiliki sifat elastis. Elastis atau elastsisitas 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. Perubahan yang terjadi adalah perubahan panjangnya namun massanya tetap. Gaya yang diberikan memiliki batas-batas tertentu. Sebuah karet bisa putus jika gaya tarik yang diberikan sangat besar, melawati batas elastisitasnya. Demikian juga sebuah pegas tidak akan kembali ke bentuk semula jika diregangkan dengan gaya yang sangat besar. Jadi benda-benda elastis tersebut memiliki batas elastisitas.

D.    TEGANGAN (STRESS) DAN REGANGAN (STRAIN)

Tegangan adalah perbandingan antara gaya tarik yang bekerja terhadap luas penampang benda. Tegangan dinotasikan dengan sigma, satuannya adalah Nm^-2. Regangan adalah perbandingan antara pertama bahan panjang L terhadap panjang mula-mula (L_o). Ada tiga jenis perubahan bentuk benda, yaitu mampatan, rentagan, dan geseran.

1.      Pada tegangan rentangan, kedua ujung benda akan mendapatkan gaya yang sama besar dan berlawanan arah. Tapi, walau pemberian gaya dilakukan di ujung-ujung benda, seluruh benda akan mengalami peregangan karena tegangan yang diberikan tersebut.

2.      Berbeda halnya dengan tegangan mampatan, tegangan tekan berlawanan langsung dengan tegangan rentangan. Materi yang diberi gaya bukannya ditarik, melainkan ditekan sehingga gaya-gaya akan bekerja di dalam benda, contohnya sepeti tiang-tiang pada kuil Yunani.

3.      Tegangan yang ketiga adalah tegangan geser. Benda yang mengalami tegangan geser memiliki gaya-gaya yang sama dan berlawanan arah yang diberikan melintasi sisi-sisi yang berlawanan. Misalkan sebuah buku atau batu-bata terpasang kuat di permukaan. Mejamem berikan gaya yang sama dan berlawanan arah sepanjang permukaan bawah. Walau dimensi benda tidak banyak berubah, bentuk benda berubah.

Rumus Tegangan dan Regangan

Ƹ = Regangan.

δ = Tegangan (N/m­²).

F = Gaya (N).

 = Perubahan panjang (m).

A_o = Luas Penampang (m).

L_o = Panjang mula-mula (m).

C.    MODULUS ELASTIS (MODULUS YOUNG)

Modulus Young, disebut juga dengan modulus tarik adalah ukuran kekakuan suatu bahan elastis yang merupakan cirri dari suatu bahan. Modulus Young didefinisikan sebagai rasio tegangan dalam sistem koordinat kartesian terhadap regangan sepanjang aksis pada jangkauan tegangan di mana hukum Hooke berlaku.

Rumus Modulus Young

           

            Beberapa Zat Modulus young

Nama Zat	Modulus Young (N/m2)
Alumunium	70 x 109
Baja	2000 x  109
Besi, Gips	100 x 109
Beton	20 x 109
Karet	0,5 x 109
Granit	45 x 109
Steel	200 x 109
Bone	15 x 109
Marble	50 x 109
Batu Bara	14        109

Dari table diatas, dapat disimpulkan bahwa benda elastic memiliki modulus kurang dari 15 x 10⁹ (Yang Berwarna Merah). Sedangkan benda non-elastis memiliki modulus lebih dari 15 x 10⁹ (Yang Berwarna Hitam)

D.    HUKUM HOOKE

Hooke adalah seorang genius yang memiliki keahlian di banyak bidang, antara lain biologi, arsitektur, filsafat, mekanika, bahkan astronomi.Tapi sayang Robert Hooke tidak mendapatkan penghargaan yang setimpal dengan karyanya dari sejarah. Salah satu penyebabnya adalah, dia menjadi rival berat Isaac Newton dan menjadi salah satu penentang sengit teori-teori Newton. Pada akhirnya sejarah lebih berpihak kepada Newton, dan memberi nama Robert Hooke. 

Hukum Hooke berbunyi perubahan panjang suatu benda berbanding lurus dengan beban yang diterimanya.

Jika pegas ditarik ke kanan maka pegas akan meregang dan bertambah  panjang (gambar 1). Jika gaya tarik tidak sangat besar, ditemukan bahwa pertambahan panjang pegas sebanding dengan besar gaya tarik (F). Dengan kata lain, semakin besar gaya tarik, semakin besar pertambahan panjang pegas. Perbandingan besar gaya tarik (F) terhadap pertambahan panjang pegas bernilai konstan.

Perbandingan antara gaya (F) terhadap pertambahan panjang pegas bernilai konstan, yang ditandai oleh kemiringan grafik yang sama (gambar 2).

k merupakan konstanta pegas atau koofisien elastisitas pegas atau ukuran kelenturan pegas. Jika besar gaya yang dikerjakan pada pegas melewati batas elastisitas pegas maka setelah gaya dihilangkan panjang pegas tidak kembali sepertisemula. Hukum hooke hanya berlaku hingga batas elastisitas. Batas elastisitas pegas merupakan gaya maksimum yang dapat diberikan pada pegas sebelum pegas berubah bentuk secara tetap dan panjang pegas tidak dapat kembali seperti semula. Jika besar gaya terus bertambah maka pegas akan berada di posisi titik putus.

E.     SUSUNAN 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.

1.      Susunan Pegas Secara Seri

Gambar 7. Susunan Pegas Secara Seri

Misalkan kita menyambungkan dua pegas dengan konstanta . Sebelum diberi beban, panjang masing-masing

pegas adalah . Ketika diberikan beban seberat , maka panjang pegas atas bertambah sebesar   dan panjang pegas bawah bertambah sebesar  Berarti, pertambahan panjang total pegas adalah .

Gaya yang bekerja pada pegas atas dan pegas bawah sama besar. Gaya tersebut sama dengan gaya yang diberikan olehbeban, yaitu . Berarti,

Jika    adalah konstanta pengganti untuk susunan dua pegas di atas, maka berlaku

   Atau

Dengan menghilangkan w pada kedua ruas, maka kita peroleh konstanta pegas pengganti yang memenuhi persamaan

2.      Susunan Pegas Secara Paralel

Gambar 8. Susunan Pegas Secara Paralel

Misalkan kita memiliki dua pegas yang tersusun secara paralel seperti tampak pada Gambar 8. Sebelum mendapat beban, panjang masing-masing pegas adalah  . Ketika diberi beban, kedua pegas mengalami pertambahan panjang yang sama besar, yaitu . Gaya  yang dihasilkan oleh beban terbagi pada dua pegas, masing-masing besarnya  dan . Berdasarkan hukum Hooke, diperoleh

Jika  adalah konstanta efektif pegas, maka terpenuhi

Gaya ke bawah dan total gaya ke atas pada beban harus sama sehingga

Atau

Dengan menghilangkan   pada kedua ruas diperoleh

F.     PEMANFAATAN SIFAT ELSTISITAS BAHAN

Pemanfaatan elastisitas bahan yaitu:

1.      Pegas yang digunakan sebagai peredam kejutan pada kendaraan sepeda motor. Istilah kerennya pegas digunakan pada sistem suspensi kendaraan bermotor. Tujuan adanya pegas ini adalah untuk meredam kejutan ketika sepeda motor yang dikendarai melewati permukaan jalan yang tidak rata. Ketika sepeda motor melewati jalan berlubang, gaya berat yang bekerja pada pengendara (dan gaya berat motor) akan menekan pegas sehingga pegas mengalami mampatan. Akibat sifat elastisitas yang dimilikinya, pegas meregang kembali setelah termapatkan. Perubahan panjang pegas ini menyebabkan pengendara merasakan ayunan. Dalam kondisi ini, pengendara merasa sangat nyaman ketika 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 lama kelamaan sifat elastisitas pegas akan hilang.

2.      Pada mobil, terdapat juga pegas pada setir kemudi . Untuk menghindari benturan antara pengemudi dengan gagang setir, maka pada kolom setir diberi pegas. Berdasarkan hukum i newton (hukum inersia), ketika tabrakan terjadi, pengemudi (dan penumpang) cenderung untuk terus bergerak lurus. Nah, ketika pengemudi bergerak maju, kolom setir tertekan sehingga pegas memendek dan bergeser miring. Dengan demikian, benturan antara dada pengemudi dan setir dapat dihindari.

3.      Ketika hendak menembak burung dengan ketapel misalnya, karet ketapel terlebih dahulu diregangkan (diberi gaya tarik). Akibat sifat elastisitasnya, panjang karet ketapelakan kembali seperti semula setelah gaya tarik dihilangkan. 

4.      Kasur pegas, ketika dirimu duduk atau tidur di atas kasur pegas, gaya beratmu menekan kasur. Karena mendapat tekanan maka pegas kasur termampatkan. Akibat sifat elastisitasnya, kasur pegas meregang kembali. Pegas akan meregang dan termampat, demikian seterusnya. Akibat adanya gaya gesekan maka suatu saat pegas berhenti bergerak. Dirimu yang berada di atas kasur merasa sangat empuk akibat regangan dan mampatan yang dialami oleh pegas kasur.

5.      Dinamometer, sebagaimana tampak pada gambar di samping adalah alat pengukur gaya. Biasanya digunakan untuk menghitung besar gaya pada percobaan di laboratorium. Di dalam dinamometer terdapat pegas. Pegas tersebut akan meregang ketika dikenai gaya luar. Misalnya anda melakukan percobaan mengukur besar gaya gesekan. Ujung pegas anda kaitkan dengan sebuah benda bermassa. Ketika benda ditarik, maka pegas meregang. Regangan pegas tersebut menunjukkan ukuran gaya, di mana besar gaya ditunjukkan oleh jarum pada skala yang terdapat pada samping pegas.

6.       

BAB III

PENUTUP

A.    KESIMPULAN

Elastisitas adalah sifat yang dimiliki oleh suatu benda (bahan) untuk kembali ke bentuk semula. Suatu benda memiliki batas elastisitas atau kelentingan tertentu. Berdasarkan elastisitasnya, bahan dibedakan menjadi bahan elastis dan bahan plastis. Bahan plastis adalah bahan yang dapat kembali ke bentuk semula jika gaya yang bekerja padanya ditiadakan. Misalnya karet dan pegas. Sedangkan bahan plastis adalah bahan yang tidak dapat kembali ke bentuk semula setelah gaya yang bekerja padanya ditiadakan. Misalnya plastisin, tanah liat, kayu, dan kaca.

Elastisitas bahan bergantung pada jenis bahan. Ditinjau dari segi mikroskopis, elastisitas tergantung dari molekul penyusun dan struktur molekul penyusun bahan. Misalnya, meskipun dua bahan tersusun dari molekul atau unsur yang sama apabila struktur penyusunnya berbeda maka elastisitas dua bahan tersebut berbeda.

B.     SARAN

Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna. Maka penulis mohon kritik dan saran guna perbaikan untuk masa yang akan datang.

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, M., 2002. FISIKA SMA jilid 2A, Jakarta; Penerbit Erlanga

Supiyanto, 2005. Fisika SMA 2, Jakarta; Penerbit Erlangga

Taranggono, A., 2005. Sains Fisika, Jakarta; Penerbit Bumi Aksara

Utari, setya M.Si. 2005. Laboratorium Fisika Dasar 2. Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI : Bandung

Paul A. Tipler. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Edisi ketiga, Jilid 1 (Terjemahan Dra. Lea Prasetio. M.Sc dan Rahmad W Adi Ph.D). Erlangga : Jakarta.

Share :