Gaya Pegas – Pengertian, Contoh, Grafik Hukum Hooke, Dasar Teori
Definisi Gaya Pegas
Pegas merupakan percobaan kali ini yang telah dilakukan yang bertujuan untuk mengetahui hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang dan untuk menentukan konstanta pegas pada rangkaian seri dan paralel.
Pada percobaan kali ini alat yang digunakan berupa timbangan ohaus seberat 311 gram yang NST-nya sudah kita ketahui, pegas, statif dan klem, pemberat dan gantungan, serta penggaris 100 cm. Ada dua kegiatan yang dilakukan dalam percobaan ini, yang pertama adalah mencari hubungan antara panjang pegas dengan pertambahan panjangnya.
Pada kegiatan ini pengukuran panjang dilakukan pada dua pegas yaitu pegas 1 dan pegas 2, namun pengukuran panjang dilakukan pada masing-masing pegas dengan menjumlahkan beban satu per satu dengan massa yang berbeda. Sedangkan pada kegiatan kedua yaitu menentukan konstanta pegas. Pada kegiatan ini panjang pegas juga diukur, namun pegas disusun secara seri dan paralel, kemudian digantungkan pemberat dengan massa yang berbeda. Setelah itu hasil pengukuran digunakan untuk mencari konstanta pegas.
Pada kegiatan pertama, terdapat dua buah pegas yang dicari konstantanya menggunakan grafik. Sedangkan pada kegiatan kedua juga dicari konstanta pegas dengan grafik dan juga menggunakan rumus susunan seri dan paralel dengan menggunakan konstanta yang didapat dari konstanta pegas 1 dan pegas 2 pada kegiatan pertama. Maka dari proses percobaan ini dapat disimpulkan bahwa semakin besar massa suatu beban maka semakin besar pula panjang pegas tersebut. Dan konstanta yang diperoleh dengan menggunakan grafik akan sama atau hampir sama dengan konstanta yang diperoleh dengan menggunakan rumus.
Baca juga: Rumus Medan Magnet
Dasar teori
Perkiraan yang baik untuk gaya F pegas sebanding dengan perpindahan d ujung bebas pegas dari posisinya ketika pegas dalam keadaan rileks. Ilmuwan Inggris Robert Hooke di akhir tahun 1600-an. Tanda minus pada persamaan Hukum Hooke menunjukkan bahwa arah gaya pegas selalu berlawanan dengan perpindahan ujung bebas pegas.
Konstanta k disebut konstanta pegas dan merupakan ukuran kekakuan pegas. Semakin besar nilai k, semakin kaku pegas tersebut; hal ini menunjukkan bahwa semakin besar k semakin kuat tarikan atau dorongan pegas untuk perpindahan tertentu. Satuan SI untuk k adalah newton per meter (Halliday/Resnick/Walker.1960.163 ).
Pegas adalah benda elastis yang digunakan untuk menyimpan energi mekanik. Pegas biasanya terbuat dari baja. Pegas juga terdapat pada sistem suspensi mobil. Pada mobil pegas berfungsi meredam goncangan dari jalan dan getaran roda sehingga tidak menular langsung ke bodi kendaraan. Selain itu, pegas juga berguna untuk menambah daya cengkram ban terhadap permukaan jalan.
Penggunaan pegas dalam dunia teknik sangat luas, misalnya dalam teknik mesin, teknik elektro, alat transformasi, dan lain-lain. Dalam banyak hal, tidak ada alternatif lain yang dapat digunakan, kecuali penggunaan pegas dalam dunia konstruksi teknik. harus dapat berfungsi dengan baik terutama dalam hal kebutuhan, keamanan dan kenyamanan.
Fungsi pegas adalah memberikan gaya, melunakkan tumbukan dengan memanfaatkan sifat elastis bahan, menyerap dan menyimpan energi dalam waktu singkat dan melepaskannya kembali dalam jangka waktu yang lebih lama, serta meredam getaran.
Cara kerja pegas adalah kemampuan menerima kerja melalui perubahan bentuk elastis pada saat mengendur, kemudian mengembalikan kerja ke bentuk semula, hal ini disebut cara kerja pegas.
Pada pegas, gaya F(N) pada daerah elastis sama dengan perkalian perpindahan titik dari gaya tangkap F(mm) dikalikan dengan konstanta K atau K adalah fungsi dari dif dikalikan dengan konstanta k. Dalam hal ini dapat dilihat pada diagram pegas,
Dimana pada sumbu horizontal diukur perpindahan f (mm) dan pada sumbu vertikal diukur gaya F (N). Luas daerah antara garis a dan sumbu mendatar adalah kerja yang terakumulasi pada pegas yang dikencangkan,
Saat pegas mengendur, alih-alih garis penuh A yang dilintasi, melainkan semacam busur putus. Perbedaan usaha diubah menjadi panas akibat gesekan bahan pegas, hal ini disebut histeresis.
Baca juga: Dimensi Ukuran
- Elastisitas dan Hukum Hooke
Jika suatu benda dikenai gaya kemudian gaya tersebut dihilangkan, maka benda tersebut akan kembali ke bentuk semula, artinya benda tersebut merupakan benda elastis. Akan tetapi, pada umumnya benda ketika dikenai gaya tidak dapat kembali ke bentuk semula meskipun gaya yang bekerja telah hilang. Benda seperti itu disebut benda plastik.
Contoh benda elastis adalah karet atau pegas. Jika pegas ditarik melebihi batas tertentu maka benda tidak lagi elastis. Lalu bagaimana hubungan antara pertambahan panjang dan gaya tarik?
Karena besarnya gaya pemulih sebanding dengan pertambahan panjang, maka dapat dirumuskan bahwa:
dengan,
k = konstanta pegas
Fps = Mengembalikan Kekuatan (N)
x = Perpanjangan Pegas (m)Persamaan ini disebut Hukum Hooke. Tanda negatif (-) pada persamaan menunjukkan bahwa gaya pemulih berlawanan arah dengan arah elongasi.
Yang dimaksud dengan modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan. Modulus ini dikenal sebagai modulus Young.
- Menekankan
Stres adalah gaya per satuan luas penampang. Satuan tegangan adalah N/m2 Secara matematis dapat ditulis:
- Strain
Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang suatu batang dengan panjang awalnya ketika batang diberi gaya. Secara matematis dapat ditulis:
Dari kedua persamaan di atas dan pengertian modulus elastisitas, kita dapat menemukan persamaan untuk menghitung besarnya modulus elastisitas, yang tidak lain adalah:
Satuan modulus elastisitas adalah N/m2
- Pergerakan Benda Di Bawah Pengaruh Gaya Pegas
Jika sebuah benda yang digantungkan pada sebuah pegas ditarik sejauh x meter kemudian dilepaskan, benda tersebut akan bergetar. Percepatan getaran dapat dihitung dengan persamaan:
Dari persamaan di atas diketahui bahwa besar percepatan getaran (a) berbanding lurus dan berlawanan arah dengan perpindahan (x).
Baca juga: Dioda
Macam-Macam Mata Air
Pegas mekanis digunakan dalam mesin untuk mengerahkan gaya, untuk memberikan fleksibilitas, dan untuk menyimpan atau menyerap energi. Secara umum, pegas dapat diklasifikasikan sebagai pegas tali, pegas daun, atau pegas berbentuk khusus, dan di masing-masing kelompok ini dapat terdapat berbagai jenis lainnya.
Pegas tali termasuk pegas melingkar dari kawat bulat atau persegi dan dibuat untuk menahan beban tarik, tekan, atau puntir. Pegas daun termasuk jenis kantilever dan elips, penggerak motor atau pegas daya belitan jam, dan pegas daun penahan baut, yang biasanya disebut pegas Belleville.
Jika sebuah pegas diganggu sehingga pegas tersebut meregang (artinya pegas tersebut ditarik). Atau merapat (artinya pegas ditekan), pegas akan bekerja gaya pemulihan yang arahnya selalu ke arah asal. Dengan kata lain, besarnya gaya pemulihan pada pegas ini sebanding dengan gangguan atau perpindahan yang diberikan pada pegas. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Hooke. Kemudian persamaannya dinyatakan sebagai berikut:
F = -kx
(1)
Dimana F adalah gaya (N), k adalah konstanta pegas (N/m) dan x adalah perubahan panjang pegas (m).
Ketika sebuah pegas dibebani dengan massa m1, gaya yang menyebabkan pegas bertambah panjang adalah gaya dari massa tersebut, sehingga pegas tersebut bekerja
mg = kx
(2)
Dimana g adalah percepatan gravitasi (m/s2).
Selain cara pembebanan, konstanta pegas k dapat ditemukan melalui getaran pada pegas. Sebuah benda bermassa m diberi muatan pada pegas dan dipindahkan dari posisi setimbangnya, pegas akan bergetar dengan periode getar Q sebagai berikut:
(3)
Hasil Eksperimen dan Analisis Data
Hasil pengamatan
Kegiatan 1. Tentukan hubungan antara gaya pegas dan pertambahan panjang pegas
Musim semi 1
Tabel 1. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas 1
Baca juga: Fungsi Termometer
Musim semi 2
Meja 2. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas 2
Aktivitas 2. Tentukan hubungan antara gaya pegas dan pertambahan panjang pegas
Susunan Seri
Panjang pegas awal = |45,90±0,05| cm
Tabel 3. Hubungan antara gaya pegas dan perpanjangan pegas
Susunan Paralel
Panjang pegas awal = |20.00±0.05| cm
Meja 4. Hubungan antara gaya pegas dan perpanjangan pegas
Baca juga: Hukum Faraday – Eksperimen, Makalah, Aplikasi Dan Contoh Soal
Analisis data
Kegiatan 1
Musim semi 1
Tabel hubungan pertambahan panjang pegas 1 dengan gaya pegas
Grafik 1. Hubungan antara gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas 1
Pelaporan Fisika:
Baca juga: Rumus Cermin Cembung
Grafik 2. Hubungan antara gaya pegas dan pertambahan panjang
Aktivitas 2
Susunan Seri Dengan cara yang sama kita peroleh:
Tabel hubungan gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas:
Grafik 3.
Hubungan antara gaya pegas dan pertambahan panjang pegas deret.
Kemudian konstanta pegas menggunakan rumus susunan deret :
Baca juga: Contoh cermin cekung
Demikian penjelasan artikel di atas tentang Gaya Pegas – Definisi, Contoh, Grafik Hukum Hooke, Teori Dasar semoga bermanfaat bagi para pembaca setia kami.
