Elastisitas dan GHS materi fisika dasar.pptx

Elastisitas dan GHS materi fisika dasar perkuliahan

1. ELASTISITAS Nurlaila Rajabiah S.Pd., M.Sc.

2. Definisi Jika sebuah benda padat berada dalam keadaan setimbang tetapi dipengaruhi oleh gaya-gaya yang berusaha menarik, menggeser atau menekannya maka bentuk benda tersebut akan berubah. Jika gaya-gaya tersebut dihilangkan maka benda akan kembali kebentuk semula artinya benda tersebut dikatakan elastis.

3. Definisi Elastisitas adalah sifat suatu zat yang memungkinkan benda kembali pada ukuran dan bentuk semula setelah gaya yang mendeformasikannya ditiadakan. Batas elastis adalah batas dimana benda dapat kembali kebentuknya semula apabila gaya-gaya yang diberikan masih sebanding dengan elastisitas bahan atau tidak dapat kebentuknya semula (berubaha bentuk permanen) apabila gaya yang diberikan terlalu besar melampaui batas elastis bahan.

4. Tegangan dan Regangan

5. Tegangan Tarik

6. F A TEGANGAN (STRESS) Tegangan ialah gaya yang dialami benda persatuan luas . Dirumuskan dengan : F = Gaya (N) A = Luas Penampang (m 2 ) σ = Tegangan (N/m 2 )

7.  L Lo REGANGAN (STRAIN) Regangan ialah perbandingan pertambahan panjang terhadap panjang asli , akibat mengalami tegangan . Regangan dirumuskan dengan : e = Regangan L = Panjang akhir (m) Δ L = Pertambahan panjang (m)

8. Rasio gaya F terhadap luas penampang A dinamakan Tegangan Tarik : Tegangan = F/A Perubahan Fraksional pada panjang batang Δ L/L dinamakan regangan : Regangan = Δ L/L

9. Regangan

10. MODULUS ELASTISITAS

11. MODULUS ELASTISITAS

12. MODULUS YOUNG (Y) Rasio tegangan terhadap regangan dalam daerah linear pada grafik tegangan vs regangan adalah konstanta , yang dinamakan Modulus Young, atau lebih dikenal dengan Hukum Hooke Modulus Young juga menggambarkan sifat elastisitas zat dalam arah panjang.  

13. Modulus elastis / young ialah perbandingan antara tegangan dengan regangan . Dirumuskan dengan : F = gaya tekan / tarik Lo = panjang mula-mula A = luas penampang yang tegak lurus dengan gaya ∆L = pertambahan panjang E = modulus elastisitas Σ = stress Ε = strain

14. Bahan Y GN/m2 (Gpa) Kekuatan Tarik MN/m2 (Mpa) Kekuatan Tekan MN/m2 (Mpa) Almunium Tulang -tarik -tekan Kuningan Beton Tembaga Besi(tempa) Timah hitam Baja 70 16 9 90 23 110 190 16 200 90 200 - 370 2 230 390 12 520 270 17 520 Tabel. Modulus Young (Y) dan Kekuatan Berbagai Bahan Note : Nilai nilai ini hanya untuk mewakili, dapat berbeda dengan nilai sebenarnya 1 GN = 1000 MN = 1.000.000.000 N

15. Kekuatan Tarik Kekuatan tarik adalah kemampuan bahan mampu menerima tegangan hingga mencapai titik patah. Hal ini juga berlaku untuk kekuatan tekan

16. Contoh soal 1. Massa 500 kg digantungkan pada kawat baja 3 meter yang luas penampangnya 0,15 cm 2 . Modulus young baja = 2 x 10 11 N/m 2 Berapakah pertambahan panjang kawat ? Penyelesaian : Berat massa 500 kg adalah : F = m.g = 500 kg . 9,81 N/kg = 4905 N

17. Tegangan kawat adalah : S = F/A = = 3,27 x 10 2 N/cm 2 =3,27 x 10 8 N/m 2   Diketahui dari tabel, didapat modulus young baja = 2 x 10 11 N/m 2 sehingga regangan : Y = S/E, dimana E = = = 1,63 x 10 -3 Karena panjang kawat mula-mula 300 cm, jumlah pertambahan panjang : E = maka : ΔL = E . L, sehingga : ΔL = (1,63 x 10 -3 ) (300 cm) = 0,49 cm  

18. Modulus Bulk (B) Adalah rasio tegangan terhadap regangan karena ada gaya tekan pada benda elastis yang mengakibatkan perubahan volume pada benda tersebut. Misalkan, pada benda bervolume V, tekanan diperbesar sebanyak Δ P, menyebabkan suatu perubahan volume benda menjadi Δ V yang bernilai negatif, maka :

19. Tegangan volume = Δ P, dimana P = F/A Regangan volume = - Sehingga : Modulus Bulk (B) = B = Atau B = -  

20. Modulus Geser (Ms) Adalah rasio regangan terhadap tegangan karena ada gaya geser pada benda elastis yang mengakibatkan perubahan bentuk benda tetapi tidak mengubah volumenya. Gaya geser yang bekerja pada benda elastis tersebut merupakan gaya-gaya yang sama besar, berlawanan arah dan merupakan gaya tangensial (gaya horizontal) pada permukaan benda.

21. Δ X L θ Fs A Dimana : L = Tinggi benda ΔX = Perpindahan jarak karena pergeseran A = Luas penampang dimana gaya geser bekerja Fs = gaya geser

22. Tegangan geser = = Regangan geser = - Sehingga : Modulus Geser (Ms) = Ms = Atau Ms = -  

23. Bahan B GN/m2 Ms GN/m2 Almunium Kuningan Tembaga Besi Timah hitam Baja Tungsten Air raksa Air 70 61 140 100 7,7 160 200 27 2 30 36 42 70 5,6 84 150 - - Tabel 2. Modulus Bulk (B) dan Modulus Geser (Ms) Berbagai Bahan Note : Nilai nilai ini hanya untuk mewakili, dapat berbeda dengan nilai sebenarnya 1 GN = 1000 MN = 1.000.000.000 N

24. Contoh Soal 2 Modulus Bulk air raksa diketahui bernilai 27 Gpa, Berapahkah penyusutan volume yang dialami air raksa 100 ml apabila ditekan dengan tekanan 1,5 Mpa Penyelesaian : B = : ΔV = -  

25. Contoh Soal 3 Sepotong kue talam yang luas permukaan atasnya 15 cm 2 dan tebalnya 3 cm. Dibawah pengaruh gaya permukaan atas sebesar 0,5 N, permukaan ini menggeser sebanyak 4 mm relatif terhadap permukaan dasarnya. Tentukan tegangan geser dan regangan yang diderita kue talam tersebut, dan berapakah modulus geser untuk kue talam itu!

26. Penyelesaian contoh soal 3 Tegangan Geser = = = = 333 Pa Regangan Geser = = = = 0,133 Maka : Modulus Geser (Ms) = =  

27. GERAK HARMONIK SEDERHANA

28. Gaya P egas F T = Perioda (s) f = frekwensi (Hz) k = konstanta gaya pegas (N/m) m = massa beban (kg)

29. Susunan P egas S eri atau P aralel P aralel S eri Campuran

30. Energi Potensial Pegas Energi potensial elastis sebuah pegas sebanding dengan kuadrat pertambahan panjang pegas . Energi potensial dirumuskan dengan : E P = Energi potensial pegas (j) x = Pertambahan panjang (m) k = Konstanta pegas (N/m) F = Gaya pegas (N)

31. Hukum Hooke Hukum Hooke menyatakan hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas dengan pertambahan panjang pegas pada daerah elastis pegas. Berdasarkan Hukum III Newton (aksi-reaksi), pegas akan mengadakan gaya yang besarnya sama tetapi arah berlawanan F = gaya pada pegas (N) x = pertambahan panjang (m) k = tetapan pegas (N/m)

32. Gerak harmonik sederhana   adalah   gerak   bolak - balik benda melalui suatu titik keseimbangan tertentu dengan banyaknya   getaran   benda dalam setiap sekon selalu konstan Jenis Gerak Harmonik Sederhana : Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap dalam silinder   gas , gerak   osilasi   air   raksa  / air dalam pipa U, gerak horizontal / vertikal dari pegas , dan sebagainya . Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular, misalnya gerak bandul / bandul fisis , osilasi ayunan   torsi , dan sebagainya . GERAK HARMONIK SEDERHANA (GHS)

33. Besaran Fisika pada GHS Periode (T)  Benda yang bergerak harmonis sederhana pada ayunan sederhana memiliki   periode . Periode ayunan (T) adalah waktu yang diperlukan benda untuk melakukan satu getaran . Benda dikatakan melakukan satu getaran jika benda bergerak dari titik di mana benda tersebut mulai bergerak dan kembali lagi ke titik tersebut . Satuan periode adalah sekon atau detik . Frekuensi (f)  Frekuensi   adalah banyaknya getaran yang dilakukan oleh benda selama satu detik , yang dimaksudkan dengan getaran di sini adalah getaran lengkap . Satuan frekuensi adalah   hertz . Amplitudo   Pada ayunan sederhana , selain periode dan frekuensi , terdapat juga   amplitudo . Amplitudo adalah perpindahan maksimum dari titik kesetimbangan

34. Hubungan antara Periode dan Frekuensi   Frekuensi (f) adalah banyaknya getaran yang terjadi selama satu detik dan selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran adalah periode (T). Maka  : Dengan demikian , secara matematis hubungan antara periode dan frekuensi adalah sebagai berikut  :

35. Gaya Pemulih Gaya pemulih dimiliki oleh setiap   benda elastis  yang terkena gaya sehingga benda elastis tersebut berubah bentuk . Gaya yang timbul pada benda elastis untuk menarik kembali benda yang melekat padanya di sebut gaya pemulih .

36. Persamaan Gerak Harmonik Sederhana Persamaan Gerak Harmonik Sederhana adalah  : Keterangan  : Y = simpangan A = simpangan maksimum ( amplitudo ) F = frekuensi t = waktu Jika posisi sudut awal adalah   , maka persamaan gerak harmonik sederhana menjadi  :

37. Kecepatan Gerak Harmonik Sederhana Dari persamaan gerak harmonik sederhana   Kecepatan gerak harmonik sederhana  : Kecepatan maksimum diperoleh jika nilai     atau   , sehingga  : 

38. Kecepatan untuk Berbagai Simpangan Dari persamaan yang dikuadratkan menjadi , maka :   ...(1) Dari persamaan :  ...(2) Persamaan (1) dan (2) dikalikan , sehingga didapatkan  : Keterangan  : v = kecepatan benda pada simpangan tertentu = kecepatan sudut A = amplitudo Y = simpangan

39. Penerapan Elastisitas dalam kehidupan sehari-hari Sepeda motor atau mobil Salah satu pemanfaatan sifat elastisitas adalah pada sepeda motor atau mobil. Gambar di bawah 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. Pegas bukan hanya digunakan pada sistem suspensi sepeda motor tetapi juga pada kendaraan lainnya , seperti mobil , kereta api , dkk . ( Gambar kiri - per mobil ). Pada mobil , terdapat juga pegas pada setir kemudi . Untuk menghindari benturan antara pengemudi dengan gagang setir , maka pada kolom setir diberi pegas

40. 2) Kasur Pegas ( Spring bed ) Contoh lain adalah kasur pegas . Ketika Anda 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. 3) Alat Peregang Otot Perhatikan Gambar di samping tampak seorang pria berolah raga untuk melatih otot-otot dada agar kokoh dan kekar. Alat olah raga ini memanfaatkan sifat elastisitas pegas. Pada alat ini pegas ada pada bagian belakang. Sifat elastisitas banyak dimanfaatkan untuk produk teknologi.

41. Contoh Soal 1

42. Contoh Soal 2

43. Contoh Soal 3

44. Contoh Soal 4

45. Latihan Soal Schaum’s Outlines, Fisika Universitas , hal 92-103, Soal - Jawab No. 11.1, 11.2, 11.3, 11.6, 11.9, 11.11, 11.12, 11.13, 11.14, dan kerjakan soal2 latihannya Mikrajudin Abdullah, FISIKA 1, hal 534-538