Laporan Praktikum Fisika Dasar I Hukum Hooke

I. JUDUL PRAKTIKUM : HUKUM HOOKE

II. PRAKTIKUM KE : V

III. TANGGAL PRAKTIKUM : 15 Desember 2008

IV. TUJUAN PRAKTIKUM : Mahasiswa dapat memahami bahwa,

1. Pertambahan panjang pegas sebanding dengan gaya yang bekerja pada pegas.

2. Energi potensial pegas sebanding dengan kuadrat pertambahan panjang pegas.

V. LANDASAN TEORI

Robert Hooke pada tahun 1676, mengusulkan suatu hukum fisika

menyangkut pertambahan panjang sebuah benda elastik yang dikenai oleh suatu

gaya. Menurut Hooke, pertambahan panjang berbanding lurus dengan gaya yang

diberikan pada benda. Secara matematis, hukum Hooke ini dapat ditulis sebagai

F=-k x

Dengan F= gaya yang bekerja (N)

k = konstanta gaya (N/m)

x = pertambahan panjang (m)

Tanda negatif (-) dalam persamaan menunjukkan berarti gaya pemulih

berlawanan arah dengan perpanjangan.

”jika gaya tarik tidak melampaui batas elastis pegas,pertambahan panjang

pegas berbanding lurus (sebanding) dengan gaya tariknya”.

Pernyataan ini dikemukakan oleh Robert Hooke, oleh karena itu, pernyataan

di atas dikenal sebagai Hukum Hooke.Untuk menyelidiki berlakunya hukum

hooke, kita bisa melakukan percobaan pada pegas. Selisih panjang pegas ketika

diberi gaya tarik dengan panjang awalnya disebut pertambahan panjang( l).

Seperti kita menyelidiki sifat elastisitas bahan, kita juga mengukur

pertambahan panjang pegas dan besarnya gaya yang diberikan.Dalam hal ini,gaya

yang diberikan sama dengan berat benda = massa x percepatan gravitasi.

Pegas ada disusun tunggal, ada juga yang disusun seri ataupun paralel.

Untuk pegas yang disusun seri, pertambahan panjang total sama dengan jumlah

masing-masing pertambahan panjang pegas sehingga pertambahan total x adalah:

x = x1 + x2

= +

= +

Sedangkan untuk pegas yang disusun paralel ,pertambahan panjang masing-

masing pegas sama (kita misalkan kedua pegas identik),yaitu

x1 = x2 = x. Dengan demikian:

Kp= k1 + k 2

Perlu selalu di ingat bahwa hukum hooke hanya berlaku untuk daerah

elastik, tidak berlaku untuk daerah plastik maupun benda-benda plastik. Menurut

Hooke, regangan sebanding dengan tegangannya, dimana yang dimaksud dengan

regangan adalah persentase perubahan dimensi. Tegangan adalah gaya yang

menegangkan per satuan luas penampang yang dikenainya.

Sebelum diregangkan dengan gaya F,energi potensial sebuah pegas adalah

nol,setelah diregangkan energi potensial nya berubah menjadi:

E= kx2

1.Tegangan

Tegangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik F yang

dialami kawat dengan luas penampang (A)

Tegangan= atau σ =

Tegangan adalah besaran skalar dan memiliki satuan Nm-2 atau Pascal

(Pa).Berdasarkan arah gaya dan pertambahan panjangnya (perubahan

bentuk),tegangan dibedakan menjadi 3 macam,yaitu tegangan rentang,tegangan

mampat,dan tegangan geser.

2.Regangan

Regangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan panjang

ΔL dengan panjang awalnya L.

Regangan= atau e =

Karena L sama-sama merupakan dimensi panjang, maka regangan tidak

mempunyai satuan (regangan tidak mempunyai dimensi). Regangan merupakan

ukuran perubahan bentuk benda dan merupakan tanggapan yang diberikan oleh

benda terhadap tegangan yang diberikan. Jika hubungan antara tegangan dan

regangan dirumuskan secara matematis, maka akan diperoleh persamaan berikut :

Ini adalah persamaan matematis dari Modulus Elastis (E) atau modulus

Young (Y). Jadi, modulus elastis sebanding dengan Tegangan dan berbanding

terbalik Regangan.

Kita kenal 3 macam regangan yaitu regangan panjang,regangan

volume,dan regangan sudut.

a. regangan panjang

Dengan panjang semula sewaktu tiada regangan, l ,dan penambahan

panjang Δl akibat regangan,regangannya diberikan oleh ,sedangkan

jika luas penampang A dan gaya tegangan yang meregangkan adalah

W,maka tegangannya adalah W/A.Berdasarkan hukum hooke ditulis;

Y( ) =

b. regangan volume

Menurut hukum hooke,kita dapat menulis:

B( ) = p

Dengan B adalah yang disebut dengan modulus ketegaran yang

besarnya kurang lebih 1/3 modulus young.Berbeda dengan modulus young

yang dapat diukur langsung dengan mengukur penambahan

panjangnya,Δl,dan gaya tegangan W serta luas penampang A,modulus

ketegaran B hampir tidak dapat diukur secara langsung karena sukarnya

mengukur pengerutan volumnya,ΔV.

c. regangan sudut

Yang dimaksud dengan regangan sudut atau regangan luncuran

sesudut adalah deformasi,yaitu perubahan bentuk yang berkaitan dengan

sudut luncuran..

3.Modulus Elastik

Ketika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda,maka ada kemungkinan

bentuk sebuah benda berubah.Secara umum,reaksi benda terhadap gaya yang

diberikan dicirikan oleh suatu besaran yang disebut modulus elastik.

Modulus elastik =

Untuk tegangan rentang,besar modulus elastik Y dinyatakan dengan

Y = atau = Y

Biasanya,modulus elastik untuk tegangan dan regangan ini disebut

modulus young. Dengan demikian,modulus Young merupakan ukuran ketahanan

suatu zat terhadap perubahan panjangnya ketika suatu gaya (beberapa

gaya)diberikan pada benda.

Hukum Hooke untuk benda non Pegas

Hukum hooke ternyata berlaku juga untuk semua benda padat, tetapi

hanya sampai pada batas-batas tertentu. Mari kita tinjau sebuah batang logam

yang digantung vertikal, seperti yang tampak pada gambar di bawah.

Pada benda bekerja gaya berat (berat = gaya gravitasi yang bekerja pada

benda), yang besarnya = mg dan arahnya menuju ke bawah (tegak lurus

permukaan bumi). Akibat adanya gaya berat, batang logam tersebut bertambah

panjang sejauh (delta L)

Jika besar pertambahan panjang ( L) lebih kecil dibandingkan dengan

panjang batang logam, hasil eksperimen membuktikan bahwa pertambahan

panjang ( L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada benda.

Perbandingan ini dinyatakan dengan persamaan :

Persamaan ini disebut sebagai hukum Hooke. Kita juga bisa menggantikan

gaya berat dengan gaya tarik, seandainya pada ujung batang logam tersebut tidak

digantungkan beban.

Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas-batas tertentu.

Jika gaya sangat besar maka regangan benda sangat besar sehingga akhirnya

benda patah. Hubungan antara gaya dan pertambahan panjang (atau simpangan

pada pegas) dinyatakan melalui grafik di bawah ini.

Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku

sepanjang daerah elastis sampai pada titik yang menunjukkan batas hukum hooke.

Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas hukum hooke dan mencapai

batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya yang

diberikan tidak melewati batas elastisitas. tapi hukum Hooke tidak berlaku pada

daerah antara batas hukum hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya

yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan

memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan

kembali seperti semula, benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika

pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan

patah.

Berdasarkan persamaan hukum Hooke di atas, pertambahan panjang ( L)

suatu benda bergantung pada besarnya gaya yang diberikan (F) dan materi

penyusun dan dimensi benda (dinyatakan dalam konstanta k). Benda yang

dibentuk oleh materi yang berbeda akan memiliki pertambahan panjang yang

berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, misalnya tulang dan besi.

Demikian juga, walaupun sebuah benda terbuat dari materi yang sama

(misalnya besi), tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda maka

benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda sekalipun

diberikan gaya yang sama. Jika kita membandingkan batang yang terbuat dari

materi yang sama tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda,

ketika diberikan gaya yang sama, besar pertambahan panjang sebanding dengan

panjang benda mula-mula dan berbanding terbalik dengan luas penampang.

Makin panjang suatu benda, makin besar besar pertambahan panjangnya,

sebaliknya semakin tebal benda, semakin kecil pertambahan panjangnya. Jika

hubungan ini kita rumuskan secara matematis, maka akan diperoleh persamaan

sebagai berikut :

Persamaan ini menyatakan hubungan antara pertambahan panjang (delta

L) dengan gaya (F) dan konstanta (k). Materi penyusun dan dimensi benda

dinyatakan dalam konstanta k. Untuk materi penyusun yang sama, besar

pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan panjang benda mula-mula (Lo)

dan berbanding terbalik dengan luas penampang (A). Kalau dirimu bingung

dengan panjang mula-mula atau luas penampang, amati gambar di bawah ini.

panjang mula-mula (Lo) dan luas penampang (A

Besar E bergantung pada benda (E merupakan sifat benda). Pada

persamaan ini tampak bahwa pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan

hasil kali panjang benda mula-mula (Lo) dan Gaya per satuan Luas (F/A).

VI. ALAT DAN BAHAN

1. Statif

2. Beban

3. Jepit penahan

4. Pegas Spiral

5. Mistar

VII. PROSEDUR PERCOBAAN

1) Gantungkan beban pada pegas (anggap berat beban adalah Fo)

2) Ukur panjang pegas (Lo)

3) Tambakan beban, lalu ukur panjang pegas (L)

4) Ulangi dengan penambahan beban bervariasi.

5) Isilah tabel

6) Perhatikan kecenderungan masing-masing tabel dari atas ke bawah

7) Bagaimana hubungan antara F dan L

8) Gambarkan grafik ∆F terhadap ∆L

9) Gunakan persamaan (teori) untuk menghitung konstanta pegas.

10) Hitung luas daerah di bawah grafik.

VIII. HASIL PENGAMATAN

Tabek hasil pengamatan :

No. W (N) F = W L (cm) ∆L = L-L0 m (gr)

1. 0,6 0,6 N 13,8 0,6 60

2. 0,7 0,7 N 14,1 0,9 70

3. 0,8 0,8 N 14,4 1,2 80

4. 0,9 0,9 N 14,9 1,7 90

IX. ANALISA DATA

Mencari nilai konstanta

Data 1

∆l = 0, 006 m

F = 0,6 N

K1 =

=

= 100 N/m

Data 2

∆l = 0,009 m

F = 0,7 N

K2 =

=

= 77, 8 N/m

Data 3

∆l = 0,012 m

F = 0,8 N

k3 =

=

= 66, 7 N/m

Data 4

∆l = 0,017 m

F = 0,9 N

K4 =

=

= 52,9 N/m

=

=

= 74, 35 N/m

Mencari nilai energi potensial

Data 1

∆l = 0,006 m

k1 = 100 kg/s2

Ep1 = k1 ∆l2

= 100 (0,006)2

= 0,0018 J

Data 2

∆l = 0,009 m

k2 = 77, 8 kg/ s2

Ep2 = k2 ∆l2

= 77, 8 (0,009)2

= 0,0031509 J

Data 3

∆l = 0,012 m

k3 = 66, 7 kg/ s2

Ep3 = k3 ∆l2

= 66, 7 (0,012)2

= 0,0048 J

Data 4

∆l = 0,017 m

k4 = 52,9 kg/ s2

Ep4 = k4 ∆l2

= 52,9 (0,017)2

= 0,0076 J

=

=

= 0,0043 J

Grafik ∆F terhadap ∆L

∆F

0,9

0,8

0,7

0,6

0,6 0,9 1,2 1,7

∆L

Luas = a. t

= ∆L . ∆F

= ∆L . k. ∆L

= k. ∆L2

Maka

Luas = . ∆L2

= . 74,35. (0,011)2

= 0,004

X. PEMBAHASAN

Pada percobaan kali tentang Hukum Hooke kami mencari nilai konstanta.

Pada data pertama yakni nilai F adalah 0,6 N dan ∆l adalah 0, 006 m, maka

konstanta yang didapat adalah100 N/m. Pada data kedua yakni nilai F adalah 0,7

N dan ∆l adalah 0, 009 m, maka konstanta yang didapat adalah 77,8 N/m Pada

data ketiga yakni nilai F adalah 0,8 N dan ∆l adalah 0,012 m, maka konstanta

yang didapat adalah 66, 7 N/m. Pada data keempat yakni nilai F adalah 0,9 N dan

∆l adalah 0, 017 m, maka konstanta yang didapat adalah 52,9 N/m Rata- rata

konstanta adalah 74, 35 N/m

Berdasarkan pada percobaan dengan mencari nilai konstanta diketahui

bahwa semakin besar nilai F dan ∆l. Maka konstanta yang didapat semakin kecil.

Pada percobaan dengan mencari nilai energi potensial. Pada data pertama ∆l

adalah 0,006 m dan k adalah 100 kg/s2, maka energi potensial yang didapat

0,0018 J.

Pada data kedua ∆l adalah 0,009 m dan k adalah 77,8 kg/s2, maka energi

potensial yang didapat 0,0031509 J. Pada data ketiga ∆l adalah 0,012 m dan k

adalah 66,7 kg/s2, maka energi potensial yang didapat 0,0048 J. Pada data

keempat ∆l adalah 0,017 m dan k adalah 52,9 kg/s2, maka energi potensial yang

didapat 0,0076 J. Rata-rata energi potensial adalah 0,0043 J.

Berdasarkan pada data yang telah didapatkan pada percobaan diketahui

bahwa semakin besar nilai ∆l, maka nilai energi potensial yang didapat juga

semakin besar. Sebaliknya semakin kecil nilai konstanta, maka semakin besar

nilai energi potensial.

Pada daerah grafik, luas daerah dibawah grafik dicari dengan persamaan :

Luas = a. t

= ∆L . ∆F

= ∆L . k. ∆L

= k. ∆L2

Persamaan tersebut sama dengan persamaan untuk mencari energi potensial.

Pada percobaan tersebut didapat luas daerah di bawah grafik adalah 0,004. nilai

tersebut sama dengan nilai rata-rata energi potensial.

Maka, luas daerah dibawah grafik sama dengan nilai energi potensial

XI. KESIMPULAN

1) Semakin besar nilai ∆l, maka nilai energi potensial yang didapat juga semakin

besar. Sebaliknya semakin kecil nilai konstanta, maka semakin besar nilai

energi potensial.

2) Semakin besar nilai F dan ∆l. Maka konstanta yang didapat semakin kecil.

3) Luas daerah dibawah grafik sama dengan nilai energi potensial .

4) Pertambahan panjang ( L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada

benda.

5) Persamaan mencari luas daerah di bawah grafik sama dengan persamaan untuk

mencari energi potensial.

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marthen, dkk.1998. Fisika SMA. Jilid 2. Jakarta: Erlangga

Tim Dosen Fisika Dasar. 2008. Panduan Praktikum Fisika Dasar I. Indralaya:

Universitas Sriwijaya

Taranggono, Agus dan Hari Subagya.2004. Fisika SMA 2a.Jakarta:Bumi Aksara

Ruwanto, Bambang . 2003. Asas-asas Fisika SMA IA.Yogyakarta:Yudhistira.

Zemansky, Sears. 1994.Fisika Universitas I. Jakarta: Erlangga

Diposkan oleh sanblog di 01.20 Label: Hukum Hooke

1 komentar:

alifa mengatakan...

wahh.. thx atas tulisan tentang percobaannya. sangat membantu saya! hehehehe

maturnuwun

26 Mei 2009 06.11

Poskan Komentar