39 Tulislah tiap permasalahan (pertanyaan) yang Anda pikirkan setelah melihat gambar diatas pada kotak di bawah ini! Dari rumusan masalah yang Anda temukan, tuliskan hipotesis yang dapat Anda perkirakan! Jawab: Merumuskan hipotesis Jawab:
40 Untuk menyelesaikan masalah di atas, kumpulkan data percobaan yang sesuai dengan rumusan masalah dengan mengikuti langkah berikut! 1. Alat dan Bahan a) Pegas 2 buah b) Beban 4 buah @ 50 gram c) Statif d) Benang e) Mistar 2. Langkah kerja a) Susunan pegas secara seri (a) (b) Gambar 19. (a) pegas disusun seri tanpa beban dan (b) pegas diberi beban (sumber: https://images.app.goo.gl/36XAPZ9PZ999) 1) Berdoalah terlebih dahulu sebelum memulai eksperimen! 2) Siapkan peralatan yang akan digunakan! 3) Set up peralatan seperti pada gambar 19! 4) Gantungkan pegas pada statif! Mengumpulkan Data
41 5) Ukur panjang mula-mula pegas! 6) Gentungkan beban bermassa tertentu pada ujung pegas yang bebas! 7) Ukur panjang pegas setelah diberi beban dan catat hasil pengamatan Anda pada tabel! 8) Ulangi langkah percobaan (6) dan (7) dengan variasi massa beban tertentu (sampai dengan 10 data percobaan)! 9) Catat hasil pengamatan Anda sebagai data laporan sementara! 10) Akhiri dengan berdoa! Tabel 10. Pengamatan pegas susunan Seri No. Massa beban m (kg) Gaya berat F (newton) Panjang pegas L (m) Selisih panjang pegas ∆ (m) b) Susunan pegas secara paralel (a) (b) Gambar 20. Pegas disusun paralel: (a) tanpa beban; (b) di beri beban (sumber: https://images.app.goo.gl/AR74FHEBmHYdo7) 1) Berdoalah terlebih dahulu sebelum memulai eksperimen! 2) Siapkan peralatan yang akan digunakan!
42 3) Set up peralatan seperti pada gambar 20! 4) Gantungkan pegas pada statif! 5) Ukur panjang mula-mula pegas! 6) Gentungkan beban dengan massa tertentu pada ujung pegas yang bebas! 7) Ukur panjang pegas setelah diberi beban dan catat hasil pengamatan Anda pada tabel! 8) Ulangi langkah percobaan (6) dan (7) dengan variasi massa beban tertentu (sampai dengan 10 data percobaan)! 9) Catat hasil pengamatan Anda sebagai data laporan sementara! 10)Akhiri dengan berdoa! Tabel 11. Pengamatan pegas susunan pararel No. Massa beban m (kg) Gaya berat F (newton) Panjang pegas L (m) Selisih panjang pegas ∆ (m) Lakukan percobaan untuk menguji hipotesis yang telah kalian prediksikan, lakukan kegiatan pengukuran secara berulang dengan beban yang berbeda. Buatlah tabel jika perlu untuk mempermudah menuliskan data. Lakukan perhitungan dengan menggunakan metode analisis data berkut! Pembuktian hipotesis
43 1. Buatlah grafik hubungan antara F (sebagai sumbu ) dengan ∆ (sebagai sumbu Y)! 2. Tentukan gradien/kemiringan garis (m) pada grafik tersebut dengan persamaan: = ∆ ∆ = 2 − 1 2 − 1 3. Dari persamaan (5) diketahui: = ∆ ∆ = 1 Sedangkan dari persamaan garis lurus, diketahui: = + Dari dua persamaan tersebut, diperoleh: 1 = = 1 Jawab:
44
45 3. Rancanglah tahap-tahap yang Anda gunakan untuk menyelesaikan masalah! 4. Analisislah hasil penyelidikan Anda dengan menjawab pertanyaan-pertanyaan berikut! a. Setelah melakukan penyelidikan, apa yang ada pahami mengenai susunan pegas secara seri dan paralel? b. Tuliskan perbedaan antara susunan pegas secara seri dan paralel! c. Bagaimana bentuk dan susunan pegas dalam spring bed maupun suspensi pada sepeda motor? Mengapa pegasnya disusun seperti itu? Penyelesaian Masalah Jawab:
46 Jawab:
47 Buatlah kesimpulan menyeluruh berdasarkan hasil percobaan yang anda lakukan! Kesimpulan Jawab:
48 Robert Hooke (1635 – 1703) OKOH T Robert Hooke dilahirkan dipulau Wight. Ia sudah menjadi yatim pada usia 13 tahun. Ketika masih muda, Hooke bekerja sebagai pramusaji dan menggunakan uangnya untuk kuliah di Oxford University. Pada tahun 1655, Hooke membantu Robert Boyle dalam menemukan pompa udara. Robert Hooke dilahirkan dipulau Wight. Ia sudah menjadi yatim pada usia 13 tahun. Ketika masih muda, Hooke bekerja sebagai pramusaji dan menggunakan uangnya untuk kuliah di Oxford University. Pada tahun 1655, Hooke membantu Robert Boyle dalam menemukan pompa udara. Hooke paling dikenang karena hukum elastisitas-nya. Hukum ini menyatakan bahwa sejauh mana suatu benda padat itu menjadi tidak karuan bentuknya berbanding lurus dengan gaya yang diberlakukan terhadapnya. Timbangan pegas untuk menimbang hasil bumi di pasar swalayan menggunakan prinsip ini. Banyak ilmuwan yang mengakui kontribusi Hooke dalam temuannya. Misalnya, Newton, Halley, dan Robert Boyle. Hooke meninggal dunia setelah melakukan ribuan kali ekesperimen dalam hidupnya. Gambar 21. Robert Hooke Sumber: wikipedia.org
49 1. Sebuah pegas dengan konstanta pegas sebesar 400 N/m disimpangkan sejauh 10 cm. Besarnya energi potensial yang dimiliki pegas adalah . . . . a. 2 J d. 40 J b. 4 J e. 80 J c. 20 J 2. Sebuah pegas yang diberikan gaya menghasilkan kurva di bawah ini. Besarnya konstanta pegas dan energi potensial pegas adalah . . . a. 20 N/m dan 2,5 J d. 50 N/m dan 4 J b. 40 N/m dan 5 J e. 25 N/m dan 4 J c. 25 N/m dan 4 J 3. Untuk meregangkan pegas sepanjang 2 cm diperlukan usaha 0,4 J. Untuk meregangkan pegas itu sebesar 4 cm diperlukan gaya sebesar . . . . a. 10 N d. 60 N b. 20 N e. 80 N c. 40 N 4. Suatu pegas akan bertambah panjang 30 cm jika diberi gaya 60 N. Berapakah pertambahan panjang pegas jika diberi gaya 10 N? a. 4 cm d. 5 cm b. 0,04 cm e. 6 cm c. 0,05 cm 5. Seorang siswa melakukan percobaan menguji elastisitas karet. Mula-mula karet digantung dan diberi beban 100 gr, ternyata karet bertambah panjang 2 cm. Untuk menambah panjang karet 20 cm dibutuhkan energi potensial sebesar . . . . a. 1 J d. 8 J b. 4 J e. 10 J c. 5 J F (N) Δx (cm) 20 40 Uji Kompetensi
50 6. Pernyataan berikut merupakan mengenai rangkaian susunan pegas (1) Daya tolak lebih kecil (5) Mudah patah (2) Tidak mudah patah (6) Mudah bertambah panjang (3) Pertambahan panjang pegas sama (4) Daya tolak lebih besar Di antara keenam pernyataan di atas, yang termasuk ciri-ciri rangkaian paralel adalah . . . a. (1), (2) dan (3) d. (1), (5), dan (6) b. (2), (3), dan (4) e. Semua benar c. (4), (5) dan (6) 7. Pernyataan berikut merupakan mengenai rangkaian susunan pegas (1) Daya tolak lebih kecil (2) Tidak mudah patah (3) Pertambahan panjang pegas sama (4) Daya tolak lebih besar (5) Mudah patah (6) Mudah bertambah panjang Di antara pernyataan-pernyataan di atas, yang merupakan ciri-ciri rangkaian seri adalah . . . . a. (1), (2) dan (3) d. (1), (5) dan (6) b. (2), (3) dan (4) e. Semua benar c. (4), (5), dan (6) 8. Enam buah pegas masing-masing dengan konstanta gaya k disusun secara paralel. Konstanta pegas pengganti adalah . . . a. k/6 d. 12k b. k e. 16k c. 6k 9. Sebuah pegas dengan tetapan pegas sebesar 200 N/m dipotong menjadi dua bagian sama besar kemudian disusun secara paralel. Besar tetapan pegas total sekarang sebesar . . . . a. 100 N/m d. 600 N/m b. 200 N/m e. 800 N/m c. 400 N/m 10. Tetapan gaya tiga buah pegas masing-masing besarnya 1 = 20 /, 2 = 30 /, dan 3 = 60 /. Jika ketiga pegas disusun secara seri, konstanta pegas penggantinya sebesar … a. 5 / d. 60 / b. 10 / e. 110 / c. 30 /
51 1. PENGERTIAN ENERGI POTENSIAL PEGAS Energi potensial pegas merupakan usaha yang dilakukan oleh gaya tarik pegas F (N) selama memanjangnya pegas sejauh x (m). Secara matematis hal tersebut digambarkan seperti pada Gambar 22. berikut. Gambar 22. Grafik energi potensi (Sumber : Buku Fisika SMA Kelas XI Setya Nurachmandani) 2. PERSAMAAN ENERGI POTENSIAL PEGAS = ∆ (14) = = 1 2 . . ∆ Karena = ∙ ∆ Maka: = 1 2 . (. ∆)∆ KEGIATAN PEMBELAJARAN 3 ENERGI POTENSIAL PEGAS
52 Untuk mengetahui lebih dalam mengenai Hukum Hooke lakukanlah kegiatan penyelidikan berikut! Baca teks berikut! Ardi dikenalkan sebuah alat permainan tradisional ketapel. Pada saat Ardi menarik ketapel tersebut, yang Ardi rasakan adalah adanya tenaga tarikan yang melawan gaya tarikan tangan Ardi. Jika gaya tarikan tangan dilepas, maka ketapel akan melemparkan benda yang ditaruh di dalam sarungnya. Energi apa yang sebenarnya dimiliki ketapel? Tulislah tiap permasalahan (pertanyaan) yang Anda pikirkan setelah membaca teks singkat diatas pada kotak di bawah ini! Menelaah Masalah Jawab: Keterangan: Ep = Energi Potensial (J) Δx = Pertambahan panjang pegas (m) k = Konstanta pegas (N/m)
53 Dari rumusan masalah yang Anda temukan, tuliskan hipotesis yang dapat Anda perkirakan! Untuk menyelesaikan masalah di atas, kumpulkan data percobaan yang sesuai dengan rumusan masalah dengan mengikuti langkah berikut! 1. Menentukan tujuan percobaan Memahami konsep energi potensial pegas 2. Alat dan Bahan a) Statif b) Pegas c) Beban d) Mistar Merumuskan hipotesis Jawab: Mengumpulkan Data
54 3. Merancang Percobaan c. Rangkailah alat dan bahan seperti pada gambar berikut! d. Buatlah langkah-langkah percobaan yang akan dilakukan. Jawab: Gambar 23. Rangkaian alat dan bahan energi potensial pegas Sumber : https://shorturl.at/ciyM2
55 Lakukan percobaan untuk menguji hipotesis yang telah kalian prediksikan, lakukan kegiatan pengukuran secara berulang dengan beban yang berbeda. Buatlah tabel jika perlu untuk mempermudah menuliskan data. (Ukurlah panjang bahan mula-mula, panjang bahan saat diberi beban dan panjang bahan ketika beban dilepaskan) Tabel 12. Data pengamatan percobaan energi potensial pegas Panjang pegas mula mula = Massa Beban m (kg) Gaya berat F (N) Panjang kawat besi saat diberi beban () Selisih Panjang Pegas (∆) Energi Potensial Pegas (Ep) Pembuktian hipotesis
56 1. Rancanglah tahap-tahap yang Anda gunakan untuk menyelesaikan masalah! 2. Analisislah hasil penyelidikan Anda dengan menjawab pertanyaan-pertanyaan berikut! c. Hitunglah nilai energi potensial pegas! d. Setelah melakukan penyelidikan, apa yang ada pahami mengenai konsep energi potensial pegas? Penyelesaian Masalah Jawab:
57 Jawab:
58 Buatlah kesimpulan menyeluruh berdasarkan hasil percobaan yang anda lakukan! Kesimpulan Jawab:
59 1. Energi untuk meregangkan pegas ditentukan oleh… a. Panjang pegas mula-mula, bahan pegas dan panjang akhir b. Bahan pegas, gaya eksternal dan pertambahan panjang c. Bahan pegas, gaya eksternal dan panjang mula-mula d. Bahan pegas, panjang akhir dan pertambahan panjang e. Panjang pegas, gaya eksternal dan pertambahan panjang 2. Sebuah pegas yang panjangnya 5 cm ditarik dengan gaya 200 N sehingga panjang pegas menjadi 6 cm. Energi potensial pegas adalah… joule a. 1 b. 2,5 c. 100 d. 200 e. 300 3. Sebuah pegas tergantung vertikal pada sebuah statif. Ketika ujung beban pegas diberi beban 300 gram, pegas bertambah panjang sebesar 4 cm. Jika = 10 / 2 , maka energi potensial pegas tersebut adalah… joule a. 6,5 × 10−2 b. 6,0 × 10−2 c. 4,5 × 10−2 d. 2,0 × 10−2 e. 1,5 × 10−2 4. Sebuah pegas dengan panjang 5 cm digantung tanpa beban. Ketika ujung bebas pegas digantungi beban 50 gram panjang pegas menjadi 6 cm. Energi potensial pegas jika beban ditarik ke bawah sebesar 2 cm. a. 0,01 joule b. 0,6 joule c. 1 joule d. 10 joule e. 100 joule 5. Untuk meregangkan sebuah pegas sebesar 6 cm diperlukan energi sebesar 50 J. Energi yang dibutuhkan untuk meregangkan pegas sejauh 12 cm adalah… J a. 100 b. 150 c. 200 d. 250 e. 300 Uji Kompetensi
60 A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling benar! 1. Sebuah pegas dengan panjang mula-mula 10 cm, kemudian diberi beban ternyata panjang pegas sekarang menjadi 12 cm. Maka regangannya adalah... A. 0,2 D. 1,2 cm B. 0,2 cm E. 2 cm C. 0,2 N 2. Seutas kawat yang memiliki luas penampang 5 mm diberikan gaya F= 10 N, panjang kawat mula-mula = 8 cm dan setelah ditarik bertambah 0,08 cm. Regangannya adalah... A. 10-1 D. 10-4 B. 10-2 E. 10-5 C. 10-3 3. Tegangan tarik suatu benda yang diberikan gaya F = 100 N dan memiliki luas 10 m² adalah.... A. 1N/m² D. 1.000 N/m² B. 10 N/m² E. 10.000 N/m² C. 100 N/m² 4. Diketahui modulus Young aluminium adalah 7 x 1010 Pa. Jika seutas kawat aluminium berdiameter 1,5 mm dan panjang 50 cm diregangkan 10 mm, gaya yang dikerjakan pada kawat tersebut adalah..... A. 247 N D. 1.540 N B. 315 N E. 2.475 N C. 990 N EVALUASI
61 5. Ketika Herman yang bermassa 60 kg bergelantungan pada ujung pegas, pegas bertambah panjang 15 cm. Tetapan pegas tersebut adalah.... N/m A. 1200 D. 2000 B. 4000 E. 2500 C. 3000 6. Suatu pegas akan bertambah panjang 30 cm jika diberi gaya 60 N. Berapakah pertambahan panjang pegas jika diberi gaya 10 N? A. 4 cm D. 5 cm B. 0,04 cm E. 6 cm C 0,05 cm 7. Seorang siswa melakukan percobaan menguji elastisitas karet. Mula-mula karet digantung dan diberi beban 100 gr, ternyata karet bertambah panjang 2 cm. Untuk menambah panjang karet 20 cm dibutuhkan energi potensial sebesar.. A. 1 Joule D. 8 Joule B. 4 Joule E. 10 Joule C 5 Joule 8. Sebuah beban digantungkan pada dua buah pegas yang dihubungkan secara paralel yang tetapan pegasnya adalah masing-masing 500 N/m dan 300 N/m. Jika massa benda tersebut adalah 6 kg maka pertambahan panjang pegas tersebut adalah.... A 5 cm D. 9 cm B. 7 cm E. 8 cm C 6 cm 9. Sebuah pegas bila ditarik dengan gaya 40 N akan meregang 10 cm. Gaya tarik yang dikerjakan agar pegas meregang sepanjang 7 cm adalah… A. 4 N D. 24 N B. 8N E. 28 N C 16 N
62 10. Besar energi potensial pegas berdasarkan grafik di bawah ini adalah…. A. 20 Joule D. 1,6 Joule B. 16 Joule E. 1,2 Joule C. 3,2 Joule 11. Sebuah pegas saat ditarik gaya sebesar 80 N merenggang sejauh 4 cm, besar energi potensial pegas tersebut adalah..... A. 4 Joule D. 32 Joule B. 8 Joule E. 64 Joule C. 16 Joule 12. Sebuah tali berdiameter 4 mm dan mempunyai panjang awal 2 meter ditarik dengan gaya 200 N hingga panjang tali berubah menjadi 2,02 m. Hitunglah modulus elastisitas! A. 1592 x 109N/m² D. 1,3 x 109 N/m² B. 14,1 x 109 N/m² E. 13 x 109 N/m² C 1,6 x 109 N/m² 13. Sebuah batang elastis panjangnya 4 m dan luas penampangnya 1,5 cm². Ketika batang tersebut digantungi beban 330 kg, ternyata meregang 0,7 mm. Modulus Young bahan batang tersebut adalah.... A. 1,25 x 1011 D. 4,43 x 1011 B. 1,50 x 1011 E. 5,25 x 1011 C. 3,30 x 1011 14. Sebuah pegas dengan tetapan pegas sebesar 200 N/m dipotong menjadi dua bagian sama besar kemudian disusun secara paralel. Besar tetapan pegas total sekarang sebesar. A. 100 N/m D. 600 N/m B. 200 N/m E. 800 N/m C. 400 N/m
63 15. Empat buah pegas identik masing-masing mempunyai konstanta elastisitas 1,600 N.m-1 , disusun seri-paralel (lihat gambar). Beban W yang digantung menyebabkan sistem pegas mengalami pertambahan panjang secara keseluruhan sebesar 5 cm. Berat beban W adalah... A. 60 N D. 450 N B. 120 N E. 600 N C. 300 N B. Selesaikan soal uraian berikut! 1. Coba jelaskan apakah besaran-besaran yang mempengaruhi modulus elastisitas suatu bahan? 2. Kawat logam panjangnya 80 cm dan luas penampang 4 2 . Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 50 N. Ternyata panjangnya menjadi 82 cm. Tentukan: a. Regangan kawat, b. Tegangan pada kawat, c. Modulus elastisitas kawat. 3. Sebuah pegas memiliki panjang 20 cm. Saat ditarik dengan gaya 12,5 N panjang pegasnya menjadi 22 cm. Berapakah panjang pegas jika ditarik gaya sebesar 37,5 N? 4. Batang logam panjangnya 60 cm dan luas penampangnya 3 2 . Modulus elastisitasnya sebesar 4 x 106 /. Tentukan: a. Regangan batang, b. Konstanta elastisitas batang (k) c. Pertambahan panjang dan tegangan batang saat diberi gaya 15 N!
64 5. Tiga buah pegas memiliki konstanta masing-masing sebesar 1 = 600 /, 2 = 400 /, 3 = 800 / disusun seperti pada gambar berikut. Sebuah beban 0,5 kg digantungkan di bagian bawahnya. Tentukan: a. Konstanta pengganti total, b. Perpanjangan pegas total, c. Gaya yang dirasakan 1, 2, dan 3, d. Perpanjangan pegas 1 dan 2.
65 Elastisitas : Kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awal ketika gaya luas dihilangkan. Stress : Perbandingan antara gaya tarik F yang dialami suatu benda dengan luas penampang A. Strain : Perbandingan antara pertambahan panjang ΔL dengan Panjang L. Modulus Young : Perbandingan antara stress dan strain. Hukum Hooke : Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastis pegas, Pertambahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya Tariknya.
66 David Halliday, dkk. 2002. Fisika Dasar Edisi Tujuh: Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga. Giancoli, Douglas C. 2014. Fisika: Prinsip Dan Aplikasi Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Handayani, dkk. 2009. Fisika untuk SMA dan MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Hasanah, Daimul. 2019. Panduan Praktikum Fisika Dasar 1. Yogyakarta: UST. Nurachmandani, Setya. 2009. Fisika 2 untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Palupi, dkk. 2009. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Tipler. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga: Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga. Widodo, Tri. 2009. Fisika untuk SMA/MA. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. DAFTAR PUSTAKA
67 PROFIL PENULIS Nama : Ira Amendo Iraratu NIM : 2017005031 Alamat Asal : Maluku, Kab. Kepulauan Tanimbar Alamat Kini : Jln. Nila sari No.526 Umbulharjo, Yogyakarta No. HP/WA : 082248105721 Email : [email protected] PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SARJANAWIYATA TAMANSISWA 2023