1. Setelah melakukan diskusi kelompok, siswa dapat menganalisis elastisitas zat padat 2. Setelah melakukan percobaan tegangan dan regangan, siswa dapat menganalisis tegangan dan regangan untuk menentukan karakteristik elastisitas zat padat 3. Setelah memperhatikan demonstrasi yang dilakukan guru, siswa dapat menganalisis pengaruh gaya berat terhadap perubahan panjang pegas pada dinamometer 4. Setelah melakukan percobaan mengenai pengaruh gaya terhadap perubahan panjang pegas, siswa dapat mengilustrasikan hukum Hooke dalam grafik F-Δx 5. Setelah melakukan pengamatan dan kajian teori, siswa dapat menyelesaikan permasalahan terkait hukum Hooke dalam kehidupan sehari-hari

    

Konsep elastisitas zat padat Tegangan Regangan Konstanta Pegas Hukum Hooke

3

Inisiasi

Ketapel

http://goo.gl/e9KXiy

Gambar 1.1 Seorang petani sedang mengusir burung menggunakan ketapel

Gambar 1.1 menunjukkan seorang petani di desa Trienggadeng, Kabupaten Pidie Jaya, Nangroe Aceh Darussalam sedang mengusir burung pipit yang mengganggu padinya dengan menggunakan senjata tradisional, ketapel. Istilah ketapel (catapult) diambil dari bahasa Yunani, kata (bawah) dan pollo (melemparkan). Ketapel awalnya ditemukan oleh bangsa Yunani pada 300 SM. Selama bertahun-tahun, katapel didesain ulang dan digunakan oleh tentara di seluruh dunia. Pada awal pembuatannya, ketapel digunakan dalam perang. Ketapel yang digunakan dalam perang ini mempunyai ukuran besar untuk melemparkan batu besar ke arah musuh. Ketapel yang kita kenal yaitu sebuah alat mainan untuk melemparkan batu. Sebuah ketapel biasanya terbuat dari bahan berbentuk huruf “Y” dengan dua karet yang di ikatkan di kedua sisinya. Untuk menggunakan benda ini, kita membutuhkan batu kerikil untuk diletakkan di dalam karet yang diikatkan di ujung ketapel. Batu di dalam karet akan ditarik mundur kemudian dibidikkan sesuai dengan sasaran. Bagaimana kerikil dapat mengenai sasaran yang berjarak sekian meter dari tempat Anda berdiri? Mengapa karet yang direntangkan dapat melempar kerikil tersebut? Bagaimana jika Anda mengganti karet ketapel dengan sehelai kain? Untuk lebih memahaminya, kita dapat mengganti karet ketapel dengan percobaan pegas. Mari lakukan kegiatan berikut!

4

Pembentukan Konsep Demonstrasi : Tegangan dan Regangan Tujuan : Menentukan Tegangan dan Regangan suatu bahan Perhatikan demonstrasi yang dilakukan guru! Diskusikan pertanyaan dengan teman satu kelompokmu kemudian jawablah pertanyaan di bawah ini! Catatan : Beban merupakan pemberi tegangan tarik pada pegas Demonstrasi 1 : Ketika Guru menggantungkan dua buah pegas identik dengan beban A = 25 g dan B = 50 g. 1. Apakah masing-masing pegas memiliki panjang awal (L0) yang sama? Berapakah panjangnya? a.…………………………………………………………………………………. b.…………………………………………………………………………………. 2. Gaya apa yang dimiliki beban? .…………………………………………………………………………………… 3. Berapakah gaya berat masing-masing? a. Pegas A = ………………………………………………………………… b. Pegas B = ………………………………………………………………… 4. Apa yang terjadi pada pegas ketika guru menggantungkan beban pada pegas? .…………………………………………………………………………………… 5. Apakah panjang kedua pegas sama setelah diberi gaya yang berbeda? .…………………………………………………………………………………… 6. Jika tidak, manakah yang lebih panjang? .…………………………………………………………………………………… 7. Apa yang terjadi ketika beban (gaya) dilepaskan dari pegas? .…………………………………………………………………………………… 8. Buatlah tabel hasil pengamatan kalian di bawah ini!

5

Demonstrasi 2 : Ketika Guru menggantungkan beban 25 g pada dua pegas yang berbeda. Pegas A : Pegas dengan luas penampang lebih besar Pegas B : Pegas dengan luas penampang lebih kecil 1. Apakah masing-masing pegas memiliki panjang awal (L0) yang sama? .………………………………………………………………………………………. Berapakah panjangnya? a. Pegas A =.………………cm b. Pegas B =……………… cm 2. Berapakah luas penampang masing-masing pegas? a. Pegas A =.………………cm2 b. Pegas B =………………cm2 3. Apa yang terjadi pada pegas ketika guru menggantungkan beban pada pegas? .………………………………………………………………………………………. 4. Apakah panjang kedua pegas sama setelah digantungi beban 25 g? .………………………………………………………………………………………. 5. Jika tidak, manakah yang lebih panjang? ………………………………………………………………………………………… Berapakah perubahan panjangnya? a. Pegas A =.………………cm b. Pegas B =……………… cm 6. Manakah yang mendapat tegangan tarik lebih besar? Pegas A atau pegas B? …...…………………………………………………………………………………… 7. Buatlah tabel hasil pengamatan kalian di bawah ini!

Buatlah tabel perbandingan perubahan panjang pegas setelah digantungi beban dan panjang pegas mula-mula pada demonstrasi 2!

Kesimpulan: 1. .………………………………………………………………………………………. 2. .……………………………………………………………………………………….

6

Fakta Ketapel Gaya yang bekerja padasuatu benda elastis pada satuan luas disebut tegangan, sedangkan perbandingan panjang benda elastis mula-mula dan panjang benda setelah diberi gaya disebut regangan. Setelah melakukan aktivitas di atas, kita dapat menjawab pertanyaan mengapa karet pada ketapel dapat melempar batu menuju sasarannya. Karet yang terpasang pada ketapel merupakan benda elastis yang dapat mengalami tegangan dan regangan. Ketika kamu memberikan gaya tarik pada karet maka karet akan bertambah panjang dan ketika kamu menghilangkan gaya dengan melepaskan tarikannya maka karet akan berubah ke panjang semula dan akan melempar batu sehingga batu dapat mengenai sasaran. Semakin kuat tarikan ketapel, semakin besar pula gaya tarikan yang diberikan. Semakin besar gaya yang diberikan, tegangan tarik ketapel akan semakin besar.tegangan tarik yang besar ini akan mengakibatkan gaya dorong karet ketapel terhadap batu lebih besar, maka benda akan semakin jauh terlempar. Apabila kamu menarik ketapel dengan lemah, batu kerikil terlempar dengan pelan. Akibatnya, jarak lemparan menjadi lebih dekat. Jika gaya makin kecil, gerak benda juga semakin pelan yang mengakibatkan jarak lembar juga semakin pendek. Hal ini sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaksi (Bab III semester I). Semakin besar batu yang dilempar (luas penampang batu semakin besar) maka lemparan ketapel akan semakin dekat.Jika batu yang dilemparkan kecil, maka jarak lemparan akan semakin besar karena tegangan yang terjadi pada tali semakin besar.

Berdasarkan uraian di atas, coba kalian rumuskan persamaan tegangan dan regangan Tegangan ( ) = Regangan (e) = Persamaan ini akan digunakan pada Aktivitas 2.

7

Seputar Elastisitas Mesin Penjual FLAT SHOES Wanita sering memakai sepatu hak elastis ini memungkinkan sepatu datar tinggi ketika pergi ke pesta, bekerja, yang salah satunya diproduksi oleh Flat maupun jalan-jalan. Akibatnya, rasa kram Out ini dapat digulung sehingga praktis. menyergap di seluruh kaki. Ketika Namun, kerap kali sepatu merasakan rasa kram tersebut wanita 'penyelamat' lupa dibawa atau sengaja pasti ingin segera mengganti sepatunya tidak membawanya hanya karena ukuran dengan flat shoes. tas terlalu kecil untuk Flat shoes atau menyimpannya. Masalah ini sepatu datar sering pun dijawab dengan dibuatnya kita lihat pada penari vending machine yang balet yang menjual berbagai macam flat memakainya. Flat shoes 'penyelamat' kaki. shoes merupakan Rossale vending sepatu yang terbuat machine yang pertama kali dari material menjual flat shoes di Amerika Gambar 1.2 thermoplastic rubber Serikat, melalui mesin. Kini Mesin Penjual Flat Shoes atau karet mesin tersebut juga tersedia di termoplastik (TPE). Eropa dan Australia. Thermoplastic rubber adalah bahan Sayangnya, mesin ini belum terdapat di campuran material karet dan plastik Indonesia. sehingga bersifat elastis dan kuat. Sifat

Gerabah Melikan Salah satu diantara warisan karya budaya yang sangat tua, luas persebarannya dan mampu bertahan hingga sekarang adalah gerabah. Kerajinan gerabah kuno salah satunya dapat kita jumpai di Desa Melikan, Kecamatan Wedi, Kabupaten Klaten, Jawa Tengah. Sejak sekitar 300 tahun yang lalu penduduk Dukuh Pagerjurang sudah menjadi perajin keramik. Gerabah terbuat dari tanah liat dan diolah menggunakan mesin putar sederhana. Tanah liat Gambar 1.3. Kerajinan Gerabah Melikan termasuk benda plastis sehingga ketika diberikan Sumber www.terasolo.com gaya untuk membentuk gerabah, tanah liat akan berubah sesuai bentuk yang diinginkan. Gerabah sendiri merupakan kerajinan yang biasa dipakai untuk menyimpan air minum, pot, dan teko.

8

Inisiasi

Aktivitas Menimbang di Pasar http://goo.gl/kdL92a

Gambar 1.4. Aktivitas jual beli di pasar tradisional

Gambar 1.5. Dinamometer atau neraca pegas

Seperti yang telah kalian pelajari pada semester 1 Bab Besaran dan Satuan, alat ukur massa yang umum digunakan di pasar tradisional adalah timbangan. Namun, terdapat alat ukur massa yang digunakan beberapa pedagang di pasar yaitu dinamometer atau bisa disebut neraca pegas. Neraca pegas (dinamometer) adalah timbangan sederhana yang menggunakan pegas sebagai alat untuk menentukan massa benda yang diukurnya.

Gambar 1.6. Dinamometer sebagai pengganti timbangan

Sebagai seorang pembeli yang bijak, manakah yang Anda pilih untuk menimbang barang yang akan Anda beli? Timbangan tradisional atau neraca pegas? Mengapa demikian? Tuliskan jawaban Anda pada kolom di bawah ini! …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… ……………………………………………………………………

9

Pembentukan Konsep

Aktivitas Fisika 2 Tujuan : 1. Menganalisis pengaruh gaya terhadap perubahan panjang pegas (Hukum Hooke) 2. Menganalisis hubungan tegangan dan regangan Alat dan bahan: 1. Sebuah pegas 2. Tiga beban dengan massa 25 g, 50 g, dan 75 g 3. Penggaris 4. Statif dan klem Prosedur Percobaan: 1. Mengukur panjang pegas sebelum digantungi beban menggunakan penggaris kemudian mencatat hasilnya di kolom L0 dalam tabel pengamatan 2. Menyusun alat dan bahan kemudian mengaitkan beban 25 g pada pegas seperti gambar di bawah ini.

3. Megukur panjang pegas setelah digantungi beban kemudian mencatat hasilnya di kolom L1 dalam tabel pengamatan 4. Ulangi langkah 2-4 untuk beban bermassa 50 g dan 75 g. 5. Melengkapi tabel hasil pengamatan

Tabel Hasil Pengamatan NO 1 2 3 4

Massa (kg) 0 0,025 0,05 0,075

Gaya (N) 0

A (cm2)

L0 (cm)

L1 (cm)

10

ΔL (cm)

Tegangan Regangan (N/cm2)

Pertanyaan 1. Apa yang terjadi ketika pegas kalian gantungi dengan beban? .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. 2. Apakah perubahan panjang pegas untuk masing-masing beban sama? .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. 3. Semakin besar massa beban yang diberikan pada pegas, maka bagaimana perubahan panjang pada pegas? .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. 4. Semakin besar gaya berat yang diberikan kepada pegas, maka bagaimana perubahan panjang pada pegas? .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. 5. Buatlah grafik hubungan gaya dengan perubahan panjang pegas!

F

ΔL Catatan : data yang diambil adalah data saat pegas kembali ke bentuk semula saat beban dihilangkan

11

Regangan

6. Buatlah grafik hubungan tegangan dan regangan

Tegangan

Apa yang dapat kalian simpulkan dari kegiatan di atas? 1. .………………………………………………………………………………………. .………………………………………………………………………………………. 2. .………………………………………………………………………………………. .……………………………………………………………………………………….

12

fakta dibalik DINAMOMETER

Setelah melakukan aktivitas Fisika 2, Anda dapat menjawab pertanyaan bagaimana pengaruh gaya berat terhadap perubahan panjang pegas pada dinamometer sehingga dinamometer dapat digunakan sebagai alat ukur massa dan gaya berat. Apabila sebuah benda ditarik atau diberi dorongan dengan gaya tertentu, untuk mengetahui seberapa besar gaya yang diberikan pada benda dapat digunakan alat ukur fisika yaitu Dinamometer, lebih sering disebut dengan neraca pegas. Oleh karena itu alat ukur ini bisa juga untuk mengukur berat (gaya berat massa). Ujung pegas yang di kaitkan dengan sebuah benda bermassa, saat benda ditarik, maka pegas meregang dimana regangan pegas menunjukkan ukuran gaya, besar gaya tersebut ditunjukkan oleh jarum pada skala yang terdapat pada samping pegas. Prinsip dinamometer ini sama dengan prinsip hukum Hooke yakni simpangan (perubahan panjang pegas) berbanding lurus dan berlawanan arah dengan gaya elastik sebagai penyebab getaran harmonis.

Jika benda yang berada di pengait ditarik dengan gaya tertentu maka simpangannya atau gaya pemulihnya pasti akan bernilai negatif. Sebab gaya pemulih merupakan gaya yang menyebabkan pegas kembali ke kedudukan semula sehingga berlawanan arah dengan gaya yang diberikan. Gaya yang diberikan pada benda berkaitan dengan gravitasi bumi sehingga perumusannya menjadi F = mg.

13

Pembentukan Konsep

Aktivitas Fisika 3 PENGGUNAAN NERACA PEGAS DALAM JUAL BELI DI PASAR Cobalah kalian pergi ke pasar tradisional. Carilah beberapa pedagang yang masih menggunakan neraca pegas (dinamometer). Analisis keuntungan dan kekurangan menggunakan neraca pegas sebagai alat untuk mengukur massa benda (barang yang dijual). Analisis kemungkinan kualitas pegas pada neraca dan dampak kepada pembeli.

Keuntungan

Kekurangan

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

………………………………………………………………..

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.……………………………………………………………….

.

.

14

Aplikasi Konsep KARET Indonesia dikaruniai sumber daya alam yang melimpah oleh Tuhan. Oleh karena itu, masyarakat Indonesia wajib bersyukur dengan memanfaatkan SDA secara bijak. Salah satu produksi terbesar SDA di Indonesia adalah karet. Tahukah kamu bahwa Indonesia

merupakan

negara

penghasil

karet

terbesar kedua, setelah Thailand? Karet dihasilkan oleh pohon karet berupa getah seperti susu yang disebut lateks. Lateks diperoleh dengan cara menyadap, yaitu dengan menyayat kulit pohon atau pada bagian kortek Gambar 1.7 Getah Karet

tumbuhan (Gambar 1.7).

Sumber : Grant Cochrane, 2013

Secara kimiawi karet alam adalah senyawa hidrokarbon yang merupakan polimer alam hasil penggumpalan lateks alam dan merupakan makromolekul poliisoprena (C5H8)n. Karet alam memiliki banyak sifat unggul. Karet alam memiliki daya elastis atau daya lenting yang baik, plastisitas yang baik, mudah pengolahannya, tidak mudah aus (tidak mudah habis karena gesekan), dan tidak mudah panas. Sifat unggul lain dari karet alami adalah memiliki daya tahan yang tinggi terhadap keretakan, tahan hentakan yang berulang-ulang, serta daya lengket yang tinggi terhadap berbagai bahan. Dalam bidang industri, karet alam memiliki peran yang sangat besar. Contohnya adalah ban pesawat terbang dan ban mobil balap dibuat dari bahan baku utama karet alam murni.

Gambar 1.8. Pemanfaat Karet dalam Berbagai Bidang Sumber : BSE IPA kelas VIII K13, 2013

Teknologi yang semakin berkembang membuat manusia menciptakan karet sintetis untuk berbagai keperluan. Penemuan dan pengembangan karet sintetis didasari pada adanya beberapa keterbatasan yang ditemukan manusia pada pemanfaatan karet alam. Sebagai contoh, karet alam

15

memiliki beberapa keterbatasan seperti berbau, lunak dan lengket jika suhu udara terlalu panas, keras dan rapuh jika suhu udara terlalu dingin, berbau, dan sering melekat pada saat pengolahannya. Selain itu ketersediaan

yang

terbatas

di

alam

menjadi

faktor

pembatas

pemanfaatannya. Karet sintetis terbuat dari bahan baku yang berasal dari minyak bumi, batu bara, minyak, gas alam, dan acetylene. Karet sintetis dapat digunakan untuk berbagai keperluan, bahkan dapat menggantikan fungsi karet alam. Karet sintetis mempunyai beberapa keunggulan

dibanding

karet

alam

yaitu

tahan

terhadap

suhu

tinggi/panas, minyak, pengaruh udara, dan kedap gas. Karet sintetis memiliki banyak jenis. Berikut beberapa jenis karet sintetis dengan sifat dan kegunaannya 1.

NBR (Nytrile Butadiene Rubber). NBR memiliki ketahanan yang tinggi terhadap minyak, digunakan dalam pembuatan pipa karet untuk bensin dan minyak, membran, seal, gaskot, serta peralatan lain yang banyak dipakai dalam kendaraan bermotor.

2.

CR (Chloroprene Rubber), CR dengan ciri tahan terhadap nyala api, digunakan sebagai bahan pipa karet, pembungkus kabel, seal, gaskot, dan sabuk pengangkut.

3.

IIR (Isobutene Isoprene Rubber), IRR mempunyai sifat kedap air, digunakan

untuk

bahan ban bermotor, pembalut kawat listrik, pelapis bagian dalam tangki, tempat penyimpan lemak dan minyak. Penggunaan

karet

sendiri

tidak

hanya terbatas pada bidang industri. Pertengahan Agustus lalu, masyarakat Indonesia terutama tertarik

dengan

anak-anak

kreasi

karet

sangat gelang

dengan sebutan loom band. Pangeran Inggris, Prince William bahkan juga tertarik untuk menggunakan aksesoris lucu dan unik ini. Loom band disukai karena bisa dirangkai jadi beragam

bentuk mulai

gelang, kalung, topi, bahkan pakaian.

Gambar 1.9. Prince William Memakai Loom Band di tangannya Sumber : detik.com

Loom band terbuat dari campuran karet alam dan sintetis sehingga bentuknya menarik. Namun, terdapat beberapa merek loom band yang beredar di pasaran yang mengandung senyawa berbahaya phthalates. Di Inggris, loom band ditarik dari peredaran oleh jaringan toko mainan The Entertainer karena mengandung racun berbahaya phthalates. Senyawa tersebut digunakan di industri untuk membuat plastik agar lebih fleksibel. Phtalate yang terpapar ke tubuh manusia berdampak buruk bagi kesehatan, di antaranya dapat mengganggu fungsi dan perkembangan reproduksi, menyebabkan kanker payudara, kanker testis, autis dan mengurangi produksi sperma, mengganggu fungsi hati, ginjal, jantung, paru-paru,

16

pembentukan sel darah merah serta fungsi dan perkembangan otak. Hasil pengujian The Birmingham Assay Office pada sejumlah gelang loom band menemukan kandungan phthalates sebesar 40 persen, jauh lebih tinggi dari ambang batas yang ditetapkan Uni Eropa yakni 0,1 persen.

Gambar 1.10. Rainbow Loom di Toko Mainan Sumber : health.detik.com, 2014

Di Indonesia sendiri, hasil pengamatan detikHealth di sebuah toko mainan di Mall Kota Kasablanca Jakarta Selatan, produk-produk loom band umumnya tidak mencantumkan logo SNI (Standar Nasional Indonesia) di kemasannya.

Aplikasi Konsep PEGAS Pegas banyak digunakan dalam berbagai peralatan seperti suspensi kendaraan, perniagaan, dan peralatan rumah tangga. Pegas adalah benda elastis yang digunakan untuk menyimpan energi mekanis. Pegas biasanya terbuat dari baja. Jenis model pegas yang ada sangatlah bermacam-macam, diantaranya pegas daun, pegas koil, pegas helix, pegas torsi, pegas cakram dan lain-lain. Jenis-jenis pegas tersebut memiliki karakteristik yang berbeda satu dan lainya. Disamping itu juga memiliki perbedaan pada material yang digunakan dan sifat mekaniknya, hal ini disesuaikan dengan standar proses pembuatan pegas yang ada. Material ini menentukan karakteristik dari pegas itu sendiri, yaitu kekakuan dan elastisitasnya. Semakin kaku sebuah pegas, maka akan semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk menarik atau menekannya. Anda dapat menjumpai penerapan pegas dalam bidang teknologi pada aksi film James Bond. Aksi agen MI6 007, James Bond sangat memikat banyak penggemar film action. Banyak

17

alat berteknologi tinggi yang ia gunakan untuk mengalahkan musuhnya. Salah satu alat yang ia gunakan adalah pistol revolver. Senjata Api ringan (dalam hal ini revolver) merupakan alat bantu mekanis yang berfungsi menembakkan satu atau sejumlah proyektil menuju target yang diinginkan, bekerja berdasarkan prinsip fisika dengan mengaplikasikan teori mekanika pegas. Saat pelatuk ditekan, hammer akan terangkat ke belakang.

Pegas

yang

ditanam

pada

gagang

pistol,

kemudian mendorong hammer ke depan dan menghantam primer. Hantaman dari hammer tadi memantikkan api pada primer, hingga memancing ledakan gas yang mampat akibat terbakarnya mesiu di dalam cartridge. Gas bertekanan tinggi inilah yang kemudian mendesak peluru terlepas dari selongsong dan melesat melewati laras senjata. Meskipun terkesan sederhana, dibutuhkan presisi yang amat tinggi dalam merakit senjata ini. Kesalahan kecil saja dapat

Gambar 1.11. Bagian pistol revolver Sumber : http://goo.gl/kF6HwD

mengakibatkan kecelakaan fatal. Selain dalam senjata api, teknologi pegas juga dimanfaatkan dalam sistem suspensi kendaraan bermotor. Suspensi adalah kumpulan komponen tertentu yang berfungsi meredam kejutan, getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak rata yang dapat meningkatkan kenyamanan berkendara dan pengendalian kendaraan. Sistem suspensi sangat penting diterapkan pada kendaraan bermotor biasa atau kedaraan bermotor untuk olahraga ekstrim seperti motocross. Motocross adalah bentuk olahraga sepeda motor atau balap kendaraan segala medan diadakan pada sirkuit offroad terbuka atau tertutup. Sirkuit motocross biasanya dibuat terjal, berlumpur, dan tidak rata sehingga guncangan yang terjadi sangat tinggi.

Gambar 1.12. Motocross Sumber : http://goo.gl/p3tQxT

18

Gambar disamping ini adalah 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

Gambar 1.13. Shock Breaker dalam sepeda motor

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. Oleh karena itu, agar pegas sepeda motor Anda awet, maka sebaiknya jangan ditumpangi lebih dari tiga orang. Perancang sepeda motor telah memperhitungkan beban maksimum yang dapat diatasi oleh pegas (biasanya dua orang). Pegas juga dimanfaatkan manusia dalam kegiatan jual beli yaitu dalam dynamometer atau neraca pegas. Dinamometer adalah salah satu alat ukur alternatif pengganti timbangan. Alat ini memanfaatkan prinsip kerja pegas. Diamometer juga digunakan di laboratorium untuk mengukur gaya berat. Ketika

kita

membeli

sesuatu

dari

pedagang

yang

menggunakan dinamometer sebagai timbangannya, maka Anda harus cermat melihat apakah garis penunjuk skala pada dinamometer menunjukkan angka nol sebelum diberi beban. Hal ini penting agar Anda tidak

dicurangi saat

membeli barang karena pedagang

mempunyai kemungkinan kecil untuk melakukan kalibrasi alat ukur secara rutin.

19

Aplikasi Konsep TEKNOLOGI KETAPEL Ketapel sudah ada semenjak abad pertengahan. Barang ini merupakan salah satu senjata yang sangat mematikan di dunia kuno. Ketapel zaman dahulu dibuat dari kulit atau juga dari anyaman wol, dengan sebuah kantung di tengahnya untuk meletakkan batu. Semakin panjang tali katapelnya semakin jauh pula lemparannya. Ketapel jarak jauh panjangnya sekitar 3 kaki. Dewasa ini, ketapel tidak hanya sebagai alat melempar batu saja, melainkan berkembang menjadi teknologi mutakhir untuk membantu keperluan sebuah Negara. Mari kita simak artikel di bawah ini.

China Kembangkan Kapal Induk dengan Sistem Ketapel Sumber : news.okezone.com

BEIJING - China dipastikan tengah mengembangkan kapal induk dengan sistem Catapult Assisted Take-Off But Arrested Recovery (CATOBAR). Peralatan CATOBAR yang digunakan oleh kapal induk China untuk mengakut jet tempur jenis Shenyang J-15 Flying Shark inbi berhasil diidentifikasi seperti dilaporkan oleh US Naval Institute. Menurut HIS Jane, pada awal tahun ini foto-foto dari pangkalan udara Huangdicun diposting ke dunia maya menunjukkan konfigurasi kapal induk yang akan mengoperasikan CATOBAR. Dalam foto itu terlihat pesawat J-15 memiliki bar peluncur ketapel pada roda hidung, sehingga memungkinkan salah satu pesawat tempur China itu menguji infrastruktur CATOBAR. Jet tempur J-15 China didukung dengan mesin turbofan AL-31 buatan Rusia. "Penggunaan sistem CATOBAR kapal induk masa depan akan meningkatkan dukungan bagi operasi di laut karena dapat membawa pesawat tempur, pesawat yang lebih berat dan lebih efisian," kata US Naval Institute. Sekedar informasi kapal induk CATOBAR berarti peluncuran pesawat menggunakan sistem ketapel yakni sebuah teknologi untuk mendorong pesawat agar mendapat kecepatan tinggi dalam waktu singkat untuk bisa lepas landas. Sedangkan STOBAR teknologi yang digunakan lebih sederhana dari kapal induk CATOBAR namun tidak semua pesawat bisa diangkut.

20

Nasihat Mini

Luar biasa sekali ketika teknologi sederhana seperti ketapel diaplikasikan ke dalam sebuah penemuan mutakhir. Namun, ketapel pun dapat menjadi sebuah alat yang merugikan apabila penggunaannya tidak dilakukan secara bijak. Contohnya adalah ketika anak-anak bermain ketapel untuk permainan saling menembak dan menyerang lawannya tentu saja akan melukai temannya sendiri. Hal ini juga dapat terjadi apabila seseorang menggunakan ketapel untuk keperluan membidik burung atau berburu yang berdampak melukai makhluk hidup yang tidak berdosa. Ketapel juga terkadang digunakan untuk membidik buah di pohon untuk diambil tanpa sepengetahuan pemiliknya. Nasihat yang dapat kita petik adalah penggunaan teknologi adalah untuk tidak menyakiti sesama makhluk hidup, apalagi jika menganggap bahwa menyakiti makhluk hidup tersebut adalah sebuah permainan. Selain itu, mengambil bang yang bukan milik kita tanpa ijin adalah hal yang tidak terpuji dan merugikan orang lain. Sebagai warga masyarakat yang baik, kita harus bias bersikap bijak dalam memanfaatkan teknologi, tidak hanya pada diri kita sendiri naun juga mengingatkan adik-adik kita atau orang lain yang menggunakan teknologi untuk keperluan yang merugikan masyarakat.

21

Pemantapan Konsep

Deformasi

22

Pemantapan Konsep

Tegangan dan Regangan Mari kita perhatikan sifat pegas. Jika ujung-ujung pegas kamu tarik, maka pegas akan memanjang. Jika kamu melepaskan tarikanmu, maka pegas akan kembali ke bentuk semula. Dengan demikian, pegas termasuk benda elastis. Jika pegas diberi gaya tarikan secara terus menerus, suatu saat pegas akan putus. Walaupun pegas termasuk benda elastis, sifat elastisitasnya memiliki batas maksimal. Benda elastis tidak dapat kembali ke bentuknya semula jika benda diberi gaya melebihi batas elastisitasnya.

A. Tegangan Perhatikan Gambar 1.11! Sebuah kawat silinder pejal yang memiliki luas A dikenai gaya tarikan pada salah satu ujungnya sebesar F.

L A

F

L

ΔL

Gambar 1.17. Seutas kawat silinder dengan luas penampang A diberi gaya F

Deformasi benda padat dapat dibahas menggunakan konsep tegangan dan regangan. Tegangan adalah besaran yang sebanding gaya yang menyebabkan deformasi. Tegangan juga dapat disebut gaya eksternal yang bekerja pada benda setiap luasan tertentu. Secara matematis, tegangan dapat dituliskan sebagai berikut

Catatan (1.1) Keterangan = Tegangan (N/m2) F = Gaya (N) A = Luas permukaan bahan (m2)

A atau luas permukaan kawat (biasanya berbentuk silinder) sama dengan πr2

23

INFO FISIKA dibaca sigma. Merupakan huruf ke18 dalam susunan alfabet Yunani dengan huruf capital . Dalam Fisika, huruf ini melambangkan tegangan bahan, konduktivitas listrik, rapat muatan listrik per satuan luas, dan konstanta StevanBoltzmann.

B. Regangan Hasil dari tegangan adalah regangan, yang merupakan sebuah ukuran dari tingkat deformasi. Perbandingan pertambahan panjang dan panjang awal benda dinamakan regangan. Gambar 7 menunjukkan bahwa panjang awal silinder adalah L dan perubahan panjang silinder setelah ditarik adalah ΔL. Regangan dinyatakan secara matematis sebagai

(1.2) Keterangan e = regangan (tanpa satuan) L0 = panjang mula-mula bahan sebelum diberi gaya (m) L = panjang bahan setelah diberi gaya (m) ΔL = L – L0 = perubahan panjang bahan setelah diberi gaya (m)

C. Grafik Tegangan terhadap Regangan Pada Aktivitas 2, kamu telah menggambar grafik hubungan tegangan dan regangan. Gambar 1.12 menunjukkan hubungan tegangan terhadap regangan ketika seutas kawat baja diberi gaya tarik hingga kawat itu patah.

Gambar 1.18. Grafik tegangan terhadap regangan logam baja Titik O ke B merupakan deformasi elastis. Ini berarti jika tegangan dihilangkan, kawat baja akan kembali ke bentuk awalnya. Titik B adalah batas elastis. Di atas titik B deformasi kawat baja adalah plastis. Jika tegangan dihilangkan dalam deformasi plastis, misalnya di titik D, kawat baja tidak akan kembali ke bentuk awalnya, melainkan mengalami deformasi permanen. Titik C adalah titik tekuk (yield point). Di atas titik C, hanya dibutuhkan tambahan gaya tarik kecil untuk menghasilkan pertambahan panjang yang besar. Tegangan paling besar dapat kita berikan tepat sebelum kawat patah disebut tegangan maksimum (ultimate tensile stress). Titik E adalah titik patah. Jika tegangan yang kita berikan mencapai E, kawat akan patah.

24

Pemantapan Konsep

Konstanta Pegas Pegas adalah suatu komponen yang berfungsi untuk menerima beban dinamis. Jenis model pegas yang ada sangatlah bermacam-macam, diantaranya pegas daun, pegas koil, pegas helix, pegas torsi, pegas cakram dan lain-lain. Jenis-jenis pegas tersebut memiliki karakteristik yang berbeda satu dan lainya. Apakah yang membedakan pegas yang satu dengan pegas yang lain? Perhatikan gambar jenis-jenis pegas di bawah ini!

Gambar 1.19 Pegas ulir Sumber: http://goo.gl/DCmgof

Gambar 1.20 Pegas kompresi Sumber: http://goo.gl/egCLcY

Gambar 1.21 Pegas yang dibentuk oleh mesin Sumber: http://goo.gl/LrcYVg Sebuah konstanta yang membedakan elastisitas pegas yang satu dengan yang lain adalah konstanta pegas (k). Konstanta pegas berkaitan dengan elastisitas sebuah pegas. Semakin besar konstanta pegas (semakin kaku sebuah pegas), semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Sebaliknya semakin elastis sebuah pegas (semakin kecil konstanta pegas), semakin kecil gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas.

25

Pemantapan Konsep

Hukum Hooke Pegas ketika diberi gaya tarik akan memanjang. Namun, ketika gaya dihilangkan akan, pegas akan kembali seperti semula. Hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas diselidiki pertama kali oleh Robert Hooke, yang kemudian menghasilkan Hukum Hooke.

INFO FISIKA

Jika sebuah pegas dengan panjang awal x 1 diberikan sebuah beban, pegas tersebut akan bertambah panjang sebesar Δx. Jika kita menambah beban secara terus menerus, maka Δx akan bertambah sebanding dengan pertambahan bebannya (jika massa beban dua kali massa semula, maka Δx juga akan menjadi ua kali semula).

Gambar 1.22 Ibu dan anak nyaman tidur di atas springbed Ketika dirimu duduk atau tidur di atas kasur pegas, gaya beratmu menekan kasur. Karena mendapat gaya tekan, maka pegas kasur termampatkan. Akibat sifat elastisitasnya, kasur pegas meregang kembali. Pegas akan meregang dan termampat, demikian seterusnya.

Gambar 1.23 Massa beban sebanding dengan perubahan panjang pegas

Gambar 2.11 menggambarkan sebuah pegas dengan

panjang x1 diberi

beban bermassa m sehingga pegas

bertambah panjang

menjadi x2. Karena pegas diberi beban m,

maka pada pegas

bekerja gaya berat. Berdasarkan

kesimpulan Aktivitas

Fisika 4 dan hukum Hooke, didapatkan

bahwa semakin

besar gaya yang diberikan pada pegas

maka semakin besar

pula pertambahan panjang pada pegas.

Gambar 1.24 Pegas yang diberi beban

26

Hukum Hooke “Bila pada sebuah pegas bekerja sebuah gaya, maka pegas tersebut akan bertambah panjang sebanding dengan besarnya gaya yang mempengaruhi pegas tersebut” Secara matematis, Hukum Hooke dapat dituliskan sebagai berikut

(2.1) F = Gaya yang diberikan pada pegas (N) k = konstanta pegas (N/m) ∆x = pertambahan panjang pegas (m) Pada saat pegas ditarik beban dengan gaya F, maka pegas memberikan gaya pada beban dengan besar sama dengan gaya tarik namun arahnya berlawanan sesuai dengan Hukum III Newton (F aksi = - Freaksi). Gaya ini disebut Gaya Pemulih. Secara matematis,

(2.2) Tanda negatif pada persamaan di atas menunjukkan bahwa vektor F dan x berlawanan arah.

Catatan: 



Perubahan panjang pegas (Δx) sebanding dengan gaya yang bekerja pada pegas sampai nilai gaya tertentu (batas kesebandingan), jika gaya yang diberikan melebihi batas kesebandingan, Δx tidak lagi sebanding dengan gaya Jika gaya yang diberikan melebihi batas kesebandingan, pegas tidak akan kembali ke bentuk semula ketika gaya dihilangkan.

27

Pemantapan Konsep

Aktivitas Fisika 3 Lakukanlah Aktivitas berikut sesuai dengan kelompok yang telah dibentuk Bapak/Ibu guru!

Kelompok

Science 1. Lakukan studi pustaka dengan mengumpulkan materi melalui buku, browsing materi atau video, dan observasi lingkungan sekitar untuk mengetahui alat yang menggunakan penerapan hukum Hooke! 2. Carilah contoh sebanyakbanyaknya! 3. Presentasikan di depan temanteman kalian di kelas!

Kelompok Tehnology 1. Carilah sumber/bahan terkait

Kelompok

neraca pegas/dinamometer! 2. Analisis fungsi dan prinsip

kerja neraca pegas tersebut dikaitkan dengan prinsip Hukum Hooke! 3. Presentasikan di depan temanteman kalian di kelas!

Society

1. Pergilah ke pasar tradisional! 2. Temukan pedagang yang masih

menggunakan neraca pegas/dinamometer! 3. Jelaskan keuntungan dan kekurangan menggunakan dinamometer dalam menimbang. 4. Presentasikan di depan temanteman kaian di kelas!

28

Setelah melakukan aktivitas Fisika 3, sekarang carilah hubungan antara materi yang kalian presentasikan dengan ketiga unsur STS (Science, Technology, Society)!

Science

Society

Technology

29

Contoh Soal Sebuah batang baja sepanjang 3 m yang digunakan sebagai tumpuan mesin penggiling memiliki luas penampang melintang 0,50 cm2. Sebuah mesin penggiling bermassa 500 kg tergantung pada batang tersebut. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 dan modulus elastisitas baja 20 x 1010 N/m2 tentukanlah: a. tegangan, b. regangan, c. pertambahan panjang baja! Penyelesaian Diketahui :L=3m A = 0,5 cm2 = 5 x 10-5 m2 m = 500 kg g = 10 m/s2 Y = 20 x 1010 N/m2 Ditanya : a. σ …. ? b. e …. ? c. ΔL …. ? Jawab :

a. b. c.

Contoh Soal Pada sebuah percobaan menentukan konstanta suatu pegas diperoleh data seperti pada tabel di bawah. No 1 2 3 4

Gaya (Newton) 5 10 15 20

Pertambahan panjang (cm) 1 2 3 4

Tentukan konstanta pegas! Diketahui : data nomor 1 F=5N Δx = 1 cm = 0,01 m Ditanya : k …. ? Jawab :

30

Deformasi adalah perubahan bentuk, posisi, dan dimensi dari suatu benda. Tegangan disebut gaya eksternal yang bekerja pada benda setiap luasan tertentu. Regangan Perbandingan pertambahan panjang dan panjang awal benda. Konstanta pegas (k) adalah karakter yang menunjukkan kekakuan/elastisitas sebuah pegas. Semakin besar k, semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk meregangkan pegas, maka semakin kaku pegas. Hukum Hooke “Bila pada sebuah pegas bekerja sebuah gaya, maka pegas tersebut akan bertambah panjang sebanding dengan besarnya gaya yang mempengaruhi pegas tersebut” Perubahan panjang pegas (Δx) sebanding dengan gaya yang bekerja pada pegas sampai nilai gaya tertentu (batas kesebandingan), jika gaya yang diberikan melebihi batas kesebandingan, Δx tidak lagi sebanding dengan gaya

Indikator yang diukur : 1. menganalisis elastisitas zat padat 2. menganalisis tegangan dan regangan untuk menentukan karakteristik elastisitas zat padat 3. menganalisis pengaruh gaya berat terhadap perubahan panjang pegas pada dinamometer 4. mengilustrasikan hukum Hooke dalam grafik F-Δx 5. menyelesaikan permasalahan terkait hukum Hooke dalam kehidupan sehari-hari SOAL 1.

Besaran yang menggambarkan tekanan pada elastisitas benda adalah … a. Tegangan b. Regangan c. Luas permukaan d. Gaya e. Modulus elastisitas

31

2.

Seorang pengrajin kayu memberikan gaya 150 N pada permukaan kayu untuk membuat kursi. Jika panjang kayu adalah 15 cm dan lebarnya 50 cm. Tegangan kayu tersebut … a. 10 Pa b. 20 Pa c. 30 Pa d. 40 Pa e. 50 Pa

3.

Sebuah sistem suspensi kendaraan bermotor menggunakan pegas yang panjangnya 30 cm. Ketika suspensi pegas tersebut mendapatkan gaya tekan 30 N, ternyata panjangnya menjadi 29,5 cm. Konstanta suspensi pegas tersebut adalah…. a. 1500 N/m b. 3000 N/m c. 4500 N/m d. 6000 N/m e. 7500 N/m

4.

Sebuah karet pada ketapel mempunyai panjang awal 20 cm. Ketapel itu kemudian digunakan petani untuk mengusir burung di sawah. Petani menarik ketapel dengan gaya 10 Newton, kemudian karet bertambah panjang 2 cm. Agar pertambahan panjang karet menjadi 6 cm maka besar gaya tarik yang harus diberikan pada ketapel adalah … a. 10 N b. 20 N c. 30 N d. 40 N e. 50 N

5.

Grafik hubungan antara gaya (F) terhadap pertambahan panjang (x) ditunjukan pada gambar di bawah ini.

Besar konstanta pegas adalah … a. 250 N/m b. 300 N/m c. 400 N/m d. 450 N/m e. 500 N/m

32

6.

Dinamometer M dan N masing-masing mempunyai panjang pegas awal 30 cm dan 25 cm ditarik dengan gaya yang sama. Konstanta pegas dynamometer A adalah 100 N/m dan konstanta pegas dynamometer B adalah 200 N/m. Perbandingan pertambahan panjang pegas dinamometer M dan pegas dinamometer N adalah … a. 1 : 2 b. 2 : 1 c. 3 : 1 d. 1 : 3 e. 1 : 4

UMPAN BALIK Cocokkan jawabanmu dengan kunci jawaban yang berada di halaman akhir modul ini. Skor yang kamu dapatkan adalah Jumlah benar dibagi 6 kemudian dikalikan 10 a. Jika skor yang kamu dapatkan >70, maka kamu telah menyelesaikan kegiatan pembelajaran I dan dapat melanjutkan ke Kegiatan Belajar 2 b. Jika skor yang kamu dapatkan 60-69, maka kerjakan soal remidiasi di bawah ini! c. Jika skor yang kamu dapatkan