E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 1 Syukur Alhamdulillah, Allah SWT masih memberikan kesempatan bagi kita untuk mempersembahkan yang terbaik kepadaNya, Bangsa, dan Negara. Dengan kekuatanNya juga penulis telah dapat menyelesaikan E-Modul Fisika Berbasis Inkuiri Pada Materi Elastisitas untuk SMA/MA Kelas XI yang merupakan bagian dari tugas akhir penulis. E-modul fisika ini diharapkan dapat menambah wawasan atau pengetahuan yang lebih luas kepada peserta didik dan guru. E-modul fisika ini mengintegrasikan berbagai keilmuan, mulai dari sains hingga teknologi. Ilmu pengetahuan umum digambarkan dengan adanya pengetahuan yang berkembang yang relevan dengan materi Elastisitas. E- modul ini disesuaikan dengan kurikulum 2013 mencakup kompetensi inti dan kompetensi dasar. Penulisan dan pembuatan e-modul fisika berbasis Inkuiri ini masih jauh dari kata sempurna, sehingga penulis sangat mengharapkan kritik dan saran guna untuk perbaikan pada masa yang akan datang. Palembang, 2 April 2023 Tim Penyusun KATA PENGANTAR
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 2 KATA PENGANTAR........................................................................................................................... 1 DAFTAR ISI.......................................................................................................................................... 2 PANDUAN PENGGUNAAAN E-MODUL........................................................................................ 3 KERANGKA KONSEP E-MODUL ................................................................................................... 4 PENDAHULUAN ................................................................................................................................. 6 a. Identitas Modul............................................................................................................................. 5 b. Kompetensi Inti ............................................................................................................................ 6 c. Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi........................................................... 6 d. Tujuan Pembelajaran.................................................................................................................... 7 e. Deskripsi Singkat Materi.............................................................................................................. 8 PETA KONSEP .................................................................................................................................... 9 KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 ELASTISITAS a. Tujuan Pembelajaran.................................................................................................................. 10 b. Uraian Materi.............................................................................................................................. 10 c. Rangkuman................................................................................................................................. 21 d. Tugas.......................................................................................................................................... 21 e. Lembar Kerja Peserta Didik ....................................................................................................... 22 KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 HUKUM HOOKE a. Tujuan Pembelajaran.................................................................................................................. 23 b. Uraian Materi.............................................................................................................................. 23 c. Rangkuman................................................................................................................................. 29 d. Tugas.......................................................................................................................................... 30 e. Lembar Kerja Peserta Didik ....................................................................................................... 30 EVALUASI.......................................................................................................................................... 31 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................................................... 32 GLOSARIUM ..................................................................................................................................... 33 DAFTAR ISI
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 3 E-modul ini dibuat untuk memenuhi tugas akhir penulis. Sesuai kurikulum 2013, peserta didik diharapkan agar lebih aktif dalam proses pembelajaran. E- modul dikategorikan kedalam bahan ajar interaktif karena menggabungkan teks, gambar, dan animasi, serta memerlukan kendali pengguna. Adanya E- modul ini diharapkan dapat membantu guru dan peserta didik dalam proses pembelajaran dengan memanfaatkan kemajuan teknologi. Sebelum menggunakan e-modul ini, bacalah terlebih dahulu panduan penggunaan emodul, supaya memudahkan anda dalam menggunakannya. Prosedur penggunaan e-modul ini sebagai berikut: 1. Bacalah “Bismillah” terlebih dahulu sebelum memulai kegiatan pembelajaran 2. Gunakan tombol yang ada di bawah ini untuk melakukan proses pembelajaran: Tombol Menu Tombol Next/lanjut Tombol Back/kembali Tombol Exit/keluar 3. Baca dan pahamilah tujuan dari pembelajaran 4. Bacalah materi pembelajaran dengan seksama, sehingga isinya dapat dipahami dengan baik 5. Buatlah catatan kecil mengenai materi atau rumus yang belum dipahami, untuk ditanyakan kepada guru 6. Kerjakan lembar kerja peserta didik yang sudah disediakan dengan sungguh-sungguh 7. Diskusikan kembali dengan teman/guru jika ada materi yang tidak kamu pahami 8. Bacalah “Hamdalah” setelah selesai mempelajari e-modul. PANDUAN PENGGUNAAN E-MODUL
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 4 E-Modul Berbasis Inkuiri pada Materi Elastisitas adalah bahan ajar yang dikembangkan mengikuti kurikulum 2013 yang menuntut peserta didik harus memiliki kemampuan untuk mencari tahu sendiri dan guru hanya menjadi fasilitator dalam pembelajaran. E-modul ini dikembangkan dengan menggunakan kerangka yang bersandaran pada beberapa teori pembelajaran yaitu teori konstruktivisme, teori kognitivisme. Pengembangan e-modul ini bertujuan supaya guru dan mahasiswa yang menggunakannya akan melalui proses pengajaran dan pembelajaran bermakna untuk meningkatkan pemahaman peserta didik. Teori pembelajaran Konstruktivisme mempunyai pemahaman tentang belajar yang lebih menekankan pada proses dari pada hasil. Konstruktivisme merupakan proses pembelajaran yang menerangkan bagaimana pengetahuan disusun dalam diri manusia. Dalam proses belajar mengajar, guru tidak serta merta memindahkan pengetahuan kepada peserta didik dalam bentuk yang serba sempurna. Peserta didik harus membangun suatu pengetahuan itu berdasarkan pengalamannya masing-masing, dengan struktur kognitif dan keyakinan yang dimiliki. Teori Kognitivisme merupakan teori belajar kognitif, teori ini lebih menekankan pada belajar merupakan suatu proses yang terjadi dalam akal pikiran manusia. Pada dasarnya belajar adalah suatu proses usaha yang melibatkan aktivitas mental yang terjadi dalam diri manusia sebagai akibat dari proses interaksi aktif dengan lingkungannya untuk memperoleh suatu perubahan dalam bentuk pengetahuan, pemahaman, tingkah laku, keterampilan dan nilai sikap yang bersifat relatif dan berbekas. Salah satu model instruksi yang mendukung pada perubahan konseptual tersebut yaitu model Inkuiri. Model ini digunakan di dalam e-modul untuk merencanakan pengajaran seperti pengajaran konstruktivisme. Model ini terdiri dari lima fase yaitu fase orientasi, merumuskan masalah, membuat hipotesis, investigasi (mengumpulkan data dan menguji hipotesis), dan membuat kesimpulan. Pada fase-fase ini peserta didik akan diberikan aktivitas-aktivitas yang membantu mereka dalam proses pembelajaran aktif. Berikut ini akan dijelaskan secara ringkas mengenai fase-fase di dalam e-modul. Fase Orientasi, pada langkah ini guru mengkondisikan agar peserta didik siap melaksanakan proses pembelajaran dan membina suasana pembelajaran yang responsif. Kemudian peserta didik akan diajak untuk berpikir dalam memecahkan masalah. KERANGKA KONSEP E - MODUL
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 5 Fase Merumuskan Masalah, pada langkah ini peserta didik dilibatkan pada suatu persoalan yang mengandung teka-teki. Masalah yang disajikan adalah masalah yang menantang peserta didik untuk berpikir sehingga peserta didik menemukan jawaban yang tepat. Fase Membuat Hipotesis, langkah ini melibatkan peserta didik untuk membuat suatu hipotesis atau jawaban sementara terkait permasalahan yang sedang dikaji. Fase Investigasi, pada langkah ini peserta didik akan melakukan aktivitas menjaring informasi yang dibutuhkan untuk menguji hipotesis atau jawaban sementara yang telah diajukan. Peserta didik juga akan melakukan proses menentukan jawaban yang dianggap diterima sesuai dengan data atau informasi yang didapatkan berdasarkan pengumpulan data. Fase Membuat Kesimpulan, langkah ini merupakan proses mendeskripsikan temuan yang diperoleh berdasarkan hasil pengujian pada tahap investigasi dan sudah membuktikan hipotesis yang sudah dibuat sebelumnya sehingga diperoleh kesimpulan. Berdasarkan teori, pendekatan, dan model yang digunakan, diharapkan peserta didik dapat meningkatkan Pemahamannya melalui penggunaan E- Modul Berbasis Inkuiri pada Materi Elastisitas SMA/MA Kelas XI.
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 6 A. Identitas Modul Sekolah : SMA Negeri 3 Palembang Mata Pelajaran : Fisika Kelas/Semester : XI/I Materi Pokok : Elastisitas Sub Materi : Elastisitas dan Hukum Hooke Alokasi Materi : 6 x 45 Menit (2x pertemuan) B. Kompetensi Inti KI-1: Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. KI-2 : Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. KI-3 : Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. KI-4: Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkrit dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metode sesuai kaidah keilmuan. C. Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi Kompetensi Dasar Indikator Pencapaian Kompetensi 3.2 Menganalisis sifat elastisitas bahan dalam kehidupan sehari-hari 3.2.1. Mengidentifikasi benda elastisitas dan plastis dalam kehidupan sehari-hari 3.2.2. Menjelaskan bunyi hukum hooke 3.2.3. Menghitung besar tegangan,regangan dan modulus elastisitas 3.2.4. Menjelaskan susunan pegas dan paralel PENDAHULUAN
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 7 3.2.5. Menerapkan persamaan hukum hooke dalam perhitungan susunan pegas seri dan paralel 3.2.6. Menganalisis gaya pegas yang dapat menimbulkan elastisitas 3.2.7. Mengimplementasikan persamaan hukum hooke untuk menentukan nilai konstanta pegas & menganalisis grafik hub.gaya 3.2.8. Menganalisis pertambahan panjang beberapa pegas yang disusun secara seri,paralel dan campuran 3.2.9. Membandingkan pertambahan panjang pegas dari beberapa beban yang berbeda untuk menentukan konstanta pegas 4.2 Melakukan percobaan tentang sifat elastisitas suatu bahan berikut presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya 4.2.1. Merancang penyelesain masalah melalui konsep hukum hooke 4.2.2. Mengolah data percobaan hukum hooke dalam grafik 4.2.3. Mempresentasikan hasil percobaan ntuk menginterpretasikan grafik hubungan gaya yang bekerja terhadap pertambahan Panjang 4.2.4. Melakukan percobaan susunan pegas seriparalel untuk memeriksa karakteristik susunan pegas,seri paralel dan campuran 4.2.5. Mengolah data percobaan dan mempresentasikan hasil percobaan susunan pegas seri,paralel untuk membedakan pertambahan Panjang pegas yang disusun seri,paralel dan campuran D. Tujuan Pembelajaran - Pertemuan Ke-1 : a. Melalui pengamatan video dengan menggunakan proyektor dan literasi bahan ajar di E-Modul, peserta didik mampu menjelaskan penerapan benda elastisitas dan plastis dalam kehidupan sehari-hari dengan baik. b. Melalui literasi pada bahan ajar di E-Modul (TPACK) dan berdiskusi kelompok,peserta didik mampu melakukan percobaan virtual lab hukum Hooke dengan benar. c. Melalui kegiatan diskusi kelompok mengenai pratikum virtual hukum Hooke, peserta didik mampu mengolah dan menyajikan data pratikum vitual hukum Hooke dalam LKPD dengan tepat. d. Melalui kegiatan diskusi dan presentasi, peserta didik dapat menyajikan data hasil pratikum hukum hooke dalam LKPD dan mempresentasikan dengan baik dan percaya diri. - Pertemuan Ke-2 : e. Melalui pengamatan PPT dengan menggunakan proyektor dan literasi bahan ajar di E-Modul, peserta didik mampu menjelaskan tentang penerapan pemanfaatan pegas dalam kehidupan sehari-hari dengan benar.
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 8 f. Melalui literasi pada bahan ajar di E-Modul (TPACK) dan berdiskusi kelompok,peserta didik mampu melakukan percobaan virtual lab mengenai susunan pegas dengan benar. g. Melalui kegiatan diskusi kelompok mengenai pratikum virtual mengenai susunan pegas peserta didik mampu mengolah dan menyajikan data pratikum virtual mengenai susunan pegas dalam LKPD dengan tepat. h. Melalui kegiatan diskusi dan presentasi, peserta didik dapat menyajikan data hasil pratikum virtual mengenai susunan pegas dalam LKPD dan mempresentasikan dengan baik dan percaya diri. E. Deskripsi Singkat Materi Kalian pasti sering mendengar istilah elastisitas. Jika kalian pernah mendengarnya maka apa saja yang kalian ketahui tentang elastisitas? bagaimana bentuk benda yang bersifat elastis apabila diberikan gaya padanya? Atau mungkin diantara kalian mash ada yang bertanya-tanya tentang apa itu elastisitas? Elastisitas merupakan kemampuan suatu benda untuk kembali kebentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan tau dibebaskan. Dalam kehidupan kita sehari-hari, seringkali kita jumpai benda yang bersifat elastis. Salah satu contohnya yaitu pegas. Ketika kita menarik sebuah pegas untuk melatih otot dada, maka pegas akan berubah bentuk yaitu semakin panjang. Namun, ketika tarikan kita lepaskan, maka pegas segera kembali kebentuk awal. Pada dasarnya, semua benda dapat mengalami perubahan bentuk (deformasi) apabila diberikan gaya pada benda tersebut. Ada benda yang bisa kembali kebentuk semula ketika gaya yang diberikan dihilangkan, tetapi ada juga benda yang berubah bentuk menjadi bentuk yang baru. Apabila gaya yang diberikan kepada benda terlalu besar dan sudah melewati titik maksimalnya untuk meregang, maka benda tersebut bisa hancur atau rapuh.
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 9 Materi Elastisitas pada silabus kurikulum 2013 edisi revisi terdapat dikelas XI semester satu (ganjil), dengan Kompetensi Dasar (KD): 3.2 Menganalisis sifat elastisitas bahan dalam kehidupan sehari-hari; 4.2 Melakukan percobaan tentang sifat elastisitas suatu bahan berikut presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya. s PETA KONSEP ELASTISITAS berkaitan dengan Benda Elastis Plastis Tegangan dapat bersifat ketika mengalami Gaya Oleh permukaan dirasakan sebagai Regangan Yang menimbulkan Hukum Hooke Menyangkut kesebandingan antara berlaku Seri Paralel Dinyatakan dengan Pegas Saling berhubungan menghasilkan Modulus Young dirumuskan dalam
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 10 KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 ELASTISITAS a. Tujuan Pembelajaran 3.2.1. Mengidentifikasi benda elastisitas dan plastis dalam kehidupan sehari-hari 3.2.2. Menjelaskan bunyi hukum hooke 3.2.3. Menghitung besar tegangan,regangan dan modulus elastisitas 3.2.4. Menjelaskan susunan pegas dan paralel 3.2.5. Menerapkan persamaan hukum hooke dalam perhitungan susunan pegas seri dan paralel 3.2.6. Menganalisis gaya pegas yang dapat menimbulkan elastisitas 3.2.7. Mengimplementasikan persamaan hukum hooke untuk menentukan nilai konstanta pegas & menganalisis grafik hub.gaya 3.2.8. Menganalisis pertambahan panjang beberapa pegas yang disusun secara seri,paralel dan campuran 3.2.9. Membandingkan pertambahan panjang pegas dari beberapa beban yang berbeda untuk menentukan konstanta pegas b. Uraian Materi A. ELASTISITAS 1. Definisi elastisitas Gambar 1.1 : seorang anak bermain ketapel Sumber : https://kumparan.com/berita-update/hubungan-gaya-dan-gerak-pada-peristiwa bermain-ketapel Bagaimana jika tali pada ketapel diganti dengan bahan lain? Apakah masih dapat meregang seperti yang terjadi pada gambar? Tali yang ada pada ketapel ternyata haruslah tali yang mempunyai sifat elastis karena ketika kita melepaskan tarikan, maka karet akan melontarkan batu kedepan dan karet ketapel akan kembali kebentuk
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 11 awal. Hal ini sesuai dengan konsep elastisitas. Jadi apa itu elastisitas? Elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan (dibebaskan). Sifat ini berlaku ketika gaya yang diberikan lebih kecil dari pada batas elastis. Batas elastis merupakan titik dimana sifat elastis masih berlaku pada suatu benda yang diberikan gaya. 2. Sifat Elastis dan Plastis Suatu Bahan Pada saat kamu menarik sebuah karet gelang, dengan jelas kamu dapat melihat karet tersebut akan mengalami perubahan bentuk. Demikian juga jika kamu duduk diatas sebuah kasur busa, kasur akan mengalami perubahan bentuk. Sebuah lidi atau sebatang rotan dengan mudah dapat dilengkungkan, demikian pula sebatang pelat logam tipis dengan mudah juga dapat dilengkungkan. Beberapa benda mempunyai sifat lentur atau elastis.Sifat ini merupakan sifat bawaan dari setiap benda. Sifat benda yang kembali ke bentuk semula ketika gaya yang memengaruhinya dihilangkan disebut sifat elastis. Benda yang mempunyai sifat seperti ini disebut benda elastis. Tidak semua benda mempunyai sifat elastis. Benda-benda seperti keramik dan kaca akan mudah patah jika dilengkungkan. Benda yang mengalami deformasi dan tidak kembali ke bentuknya semula disebut benda plastis atau tidak elastis. Bagaimana jika gaya yang diberikan terlalu besar dan melebihi batas elastis? Apakah setiap benda mempunyai sifat elastis, seperti pada contoh bendabenda yang disebutkan diatas?
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 12 Gambar 1.2 : Perubahan bentuk pada benda yang bersifat elastis Sumber : Penjelasan Konsep Elastisitas Zat Padat & Hukum Hooke | Fisika Kelas 11 (ruangguru.com). Pada gambar 2 diatas kita dapat melihat pertambahan panjang pada benda yang bersifat elastis berupa pegas, ketika ditarik dengan sedikit gaya maka pegas bertambah panjang. Ketika dihilangkan gaya tarikan maka pegas tersebut kembali kebentuk semula, seperti yang kita lihat digambar pada keterangan bentuk akhir. Tetapi perlu kita ketahui tidak selamanya benda memiliki sifat elastis. Perhatikan gambar dibawah Elastisitas benda memiliki batas sampai pada suatu besar gaya tertentu. Apabila gaya yang diberikan kurang dari batas elastisitas, benda akan kembali kebentuk semula ketika gaya tersebut dihilangkan. Akan tetapi, apabila gaya yang diberikan lebih dari batas elastisitas benda, benda tidak dapat kembali kebentuk semula meskipun gaya tersebut dihilangkan. Benda secara permanen akan berubah bentuk. Ingat!!!
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 13 Gambar 1.3 : Grafik hubungan gaya dengan pertambahan panjang pegas. Sumber : Penjelasan Konsep Elastisitas Zat Padat & Hukum Hooke | Fisika Kelas 11 (ruangguru.com). Gambar grafik di atas menunjukkan bahwa, garis lurus OA menunjukkan bahwa gaya F akan sebanding dengan pertambahan panjang pegas (ΔL). Ketika gaya F diperbesar lagi sampai melampaui titik A, ternyata garis pada grafik sudah tidak lurus lagi. Hal ini menunjukkan batas linieritas pegas sudah terlampaui, namun pegas masih bisa kembali kebentuk semula. Oleh karena itu, daerah yang dibatasi oleh titik O sampai B disebut daerah elastis. Apabila gaya F semakin diperbesar hingga melewati titik B, batas elastisitas sudah terlampaui. Akibatnya, setelah gaya F dihilangkan, pegas tidak bisa kembali ke bentuk semula ( pegas akan bersifat plastis). Jika gaya F terus diperbesar sampai titik C, pegas akan patah. 3. Tegangan (Stress) Tegangan adalah besarnya gaya yang diberikan terhadap luas penampang. suatu benda elastis akan bertambah panjang sampai ukuran tertentu ketika ditarik oleh sebuah gaya. Besarnya tegangan pada sebuah benda adalah perbandingan antara gaya tarik yang berkerja benda terhadap luas penampang benda tersebut. Tegangan menunjukkan kekuatan gaya yang menyebabkan benda berubah bentuk. Apabila pada sebuah benda kamu berikan gaya luar sebesar F, molekulmolekul pembentuk benda akan memberikan gaya reaksi untuk melawan gaya luar tersebut. Besarnya gaya yang diberikan oleh molekul-molekul persatuan luas benda disebut tegangan atau stress. Tegangan juga didefenisikan sebagai gaya yang bekerja pada luasan struktur molekul atau penampang benda, mengubah struktur molekul benda. Dalam suatu keseimbangan gaya, gaya reaksi dari molekul-molekul benda sama besar dengan gaya luar. Tinjaulah sebuah benda berupa batang logam berbentuk silinder yang
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 14 panjangnya ℓ0 dan penampangnya berbentuk lingkaran dengan luas A. pada kedua permukaan benda seluas A tersebut diberikan gaya luar masing-masing sebesar F yang berlawanan arah. Gambar 1.4 : Bentuk pemberian gaya luar pada benda elastis. Sumber : Apa Bedanya Tegangan dan Regangan? (kompas.com) Tegangan menyatakan perbandingan antara gaya dengan luasan yang mendapat gaya,bila dinyatakan dalam perumusan dapat ditulis : Tegangan = Atau : = ..................................... (1.1) Keterangan : = = () = Luas Penampang atau Luas Permukaan (m) Dari persamaan (1) besarnya tegangan yang dialami oleh suatu benda bergantung pada gaya luar dan luas permukaan benda dimana gaya luar tersebut diberikan. Satuan dari tegangan adalah Nm-2 . Perhatikan gambar dibawah
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 15 Tali nilon berdiameter 2 mm ditarik dengan gaya 100 Newton. Tentukan tegangan tali! Penyelesaian: Diketahui: Gaya tarik (F) = 100 Newton Diameter tali (d) = 2 mm = 0,002 meter Jari-jari tali (r) = 1 mm = 0,001 meter Ditanya : tegangan tali () ? Jawab : - Luas Penampang Tali : = 2 = (3,14)(0,001) 2 = 0,0000003142 = 3,14 × 10−6 2 - Tegangan Tali : = = 100 3,14 × 10−6 2 = 3,15 × 106 / 2 Contoh Soal
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 16 4. Regangan (Strain) Regangan merupakan perubahan relatif ukuran atau bentuk suatu benda yang mengalami tegangan. Regangan dapat didefinisikan sebagai pebandingan antara pertambahan panjang benda terhadap panjang benda mula-mula. Selain itu regangan menjadi tolok ukur seberapa jauh benda tersebut berubah bentuk. Gambar 1.5 : Bentuk pemberian gaya luar pada benda elastis. Sumber : Home - FisikaHepi (hepidev.com) Regangan tarik dirumuskan sebagai berikut : = ∆ ℓ ............................. (1.2) Keterangan : = ∆ = ℎ ℓ = Berdasarkan persamaan tersebut regangan tidak bersatuan, karna merupakan perbandingan antara dua besaran pokok yang sama, regangan merupakan ukuran pertambahan panjang benda ketika diberi gaya. Jika nilai regangan besar, artinya benda itu mudah bertambah panjangnya, misalkan karet memiliki nilai regangan lebih bear dari pada pegas pada mobil, karna karet diberi gaya kecil saja akan mengalami pertambahan panjang yang besar. Regangan disebut juga rasio perubahan beberapa parameter panjang yang disebabkan oleh deformasi ke nilai asli dari parameter panjang, untuk lebih jelasnya dapat di lihat tayangan video 1.1 berikut.
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 17 Video 1. 1 : Tegangan dan Regangan Suatu Benda. Sumber : https://youtu.be/xRSRmXPrHG8 Regangan merupakan suatu besaran yang menggambarkan karakteristik dari suatu bahan yang elastis, regangan disebut juga respon atau tanggapan suatu mater terhadap tegangan yang diberikan dari luar, pada daerah elastis besarnya tegangan berbanding lurus dengan regangan, untuk lebih jelasnya dapat di lihat pada gambar 1.6 berikut. Gambar 1.6 : Tegangan dan regangan benda Sebuah batangan sedang mengalami tegangan. Resultan gaya pada benda adalah nol, tetapi bentuk mengalami deformasi (perubahan bentuk). Tegangan didefinisikan sebagai perbandingan dari gaya F terhadap luas penampang A yang menunjukkan sebuah batang dengan panjang sebelum ditarik yang kemudian memanjang menjadi I=lo +Al akibat gaya tarik F pada kedua ujungnya. Regangan didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang Al dan panjang mula-mula.
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 18 Seutas tali mempunyai panjang mula-mula 100 cm ditarik hingga tali tersebut mengalami pertambahan panjang 2 mm. tentukan regangan tali! Penyelesaian: Diketahui: Panjang awal tali (ℓ) = 1000 = 1 Pertambahan Panjang (∆ℓ) = 2 = 0,002 Ditanya : Regangan tali? Jawab : () = ℎ (∆ℓ) (ℓ) () = 0,002 1 = 0,002 Contoh Soal
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 19 5. Modulus Young Modulus Young disebut juga modulus elastisitas adalah besar gaya yang diperlukan tap satuan luas penampang, gaya yang diperlukan tap satuan luas penampang disebut tegangan sedangkan pertambahan panjang semula disebut regangan. Modulus Young disebut juga dengan modulus tarik adalah ukuran kekakuan suatu bahan elastis yang merupakan ciri dari suatu bahan. Modulus Young didefinisikan sebagai rasio tegangan dalam sistem koordinat kartesius terhadap regangan sepanjang aksis sepanjang jangkauan tegangan. Modulus Young dinamai berdasarkan ilmuwan inggris abad ke 19 yaitu Thomas Young, modulus Young atau modulus elastisitas adalah besar gaya yang bekerja pada luas penampang tertentu untuk meregangkan benda, dengan kata lain modulus Young merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan pada besar pula tegangan yang diperlukan untuk meregangkan benda. - Modulus Young dirumuskan sebagai berikut. = ℓ ∆ℓ ....................................... (1.3) Keterangan : = () = (2 ) ℓ = () ∆ℓ = ℎ () = (/2 ) Gambar 7 : Thomas Young Sumber : Pin on физика (pinterest.com)
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 20 - Tabel 1 Nilai umum Modulus Young beberapa bahan NO Bahan Modulus Young (N/m2 ) 1. Besi 100 × 109 2. Baja 200 × 109 3. Perunggu 100 × 109 4. Aluminium 70 × 109 5. Beton 20 × 109 6. Kuarsa 6,5-7,8 × 1010 7. Permata 5,6 × 1010 Sepotong kawat homogen panjangnya 1,5 m dan luas penampangnya 4mm2 . Ketika ditarik dengan gaya sebesar 120 N, bertambah panjang 3 mm. modulus Young atau modulus elastik kawat bahan kawat tersebut adalah…. Penyelesaian: Diketahui: ℓ0 = 1,5 m A = 4 mm2 = 4 × 10-6 m2 F = 120 N ℓ = 3 mm = 3 ×10-3 m Ditanya : Modulus Young atau Modulus elastis? Jawab : Mencari tegangan dan regangan - Tegangan = = 120 4 × 10−6 m2 = 30 × 106 N/2 - Regangan = ∆ ℓ = 3 ×10−3 15 = 2 × 10-3 Contoh Soal
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 21 c. Rangkuman Dari uraian materi diatas,dapat dirangkum sebagai berikut: Elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda dihilangkan Benda dapat bersifat elastis dan plastis. Tegangan (stress) adalah gaya yang bekerja pada luasan struktur molekul atau penampang benda, mengubah struktur molekul benda. Regangan (strain) adalah perbandingan pertambahan panjang suatu benda terhadap panjang benda mula-mula karena ada gaya luar yang mempengaruhi benda. Modulus Young atau modulus elastisitas adalah besar gaya yang bekerja pada luas penampang tertentu untuk meregangkan benda d. Tugas Mandiri Kerjakan soal-soal dibawah ini dengan benar! 1. Seutas pita elastis memiliki panjang I dan lebar B. Jika salah satu jung pita itu diklem pada dinding dan ujung yang lain ditarik dengan gaya sebesar F, pita itu bertambah panjang sebesar AI. Pita kedua memiliki panjang I dan lebar 2b serta ketebalan yang sama, jika salah satu jung pita kedua itu diklem pada dinding dan ujung yang lain ditarik dengan gaya sebesar F, pita bertambah panjang 2∆I.Jelaskan rasio modulus young pita kedua dan modulus young pita pertama! 2. Sebuah batang elastis panjangnya 4 m dan luas penampangnya 1,5 cm2 . Ketika batang tersebut digantungi beban 330 kg ternyata meregang 0,7 mm. Jelaskan modulus Young - Mencari modulus young = () () = 30 ×106 N/ 2 2 × 10−3 = 15 × 109N/2 Jadi, modulus young atau modulus elastisitas adalah 15 × 109N/2
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 22 bahan batang tersebut! 3. Sebatang logam luas penampang 5 ×10-3 m2 digantung dan memberikan regangan 10°, apabila modulus elastisitas bahan logam 1,5 x 10-3 N/M. Tentukan gaya tariknya! 4. Terdapat dua kabel yang terbuat dari bahan yang sama dan memiliki panjang yang sama, diameter kabel kedua sama dengan dua kali diameter kabel pertama. Jelaskan perbandingan pertambahan panjang kabel kedua dengan kabel pertama ketika ditarik oleh gaya yang sama! e. E-Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD) Link : E-lkpd 1 Elastisitas Hukum Hooke worksheet (liveworksheets.com)
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 23 KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 HUKUM HOOKE a. Tujuan Pembelajaran 4.2.1. Merancang penyelesain masalah melalui konsep hukum hooke 4.2.2. Mengolah data percobaan hukum hooke dalam grafik 4.2.3. Mempresentasikan hasil percobaan ntuk menginterpretasikan grafik hubungan gaya yang bekerja terhadap pertambahan Panjang 4.2.4. Melakukan percobaan susunan pegas seri-paralel untuk memeriksa karakteristik susunan pegas,seri paralel dan campuran 4.2.5. Mengolah data percobaan dan mempresentasikan hasil percobaan susunan pegas seri,paralel untuk membedakan pertambahan Panjang pegas yang disusun seri,paralel dan campuran b. Uraian Materi B. HUKUM HOOKE 1. Definisi Hukum Hooke Pada tahun 1678, Robert Hooke mengemukakan Hukum Hooke yang dapat dinyatakan berikut ini: “Apabila pegas ditarik dengan suatu gaya tanpa melampaui batas elastisitasnya, pada pegas akan bekerja gaya pemulih yang sebanding dengan simpangan benda dari titik seimbangnya tetapi arahnya berlawanan dengan arah gerak benda”. Secara matematis, hukum Hooke dinyatakan sebagai berikut: = − ∆ ....................................... (2.1) Keterangan : = ℎ () Gambar 2. 1 : Robert Hooke Sumber : Dissemination of Knowledge - Robert Hooke (dkart.in)
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 24 ∆ = () = (⁄) Gambar 2. 2 : Pegas diregangkan dan Pegas tertekan sejauh Δx Sumber : Modul, Rumus, & Soal Energi Potensial Pegas | Wardaya College Ketika pegas ditarik ke kanan dengan gaya F (seperti terlihat pada gambar nomor 1 diatas), pegas akan mengalami gaya pemulih () yang arahnya ke kiri. Gaya pemulih tersebut menyebabkan pegas kembali ke posisi semula setelah gaya F dihilangkan. Kedua gaya tersebut bernilai sama karena merupakan pasangan aksireaksi. Sedangkan ketika pegas ditekan (dimampatkan oleh gaya dorong F (seperti terlihat pada gambar nomor 2 diatas), pegas akan mengalami gaya pemulih () yang arahnya ke kanan (berlawanan dengan arah gaya dorong F). Gaya pemulih tersebut menyebabkan pegas kembali ke posisi semula setelah gaya F dihilangkan. Arah gaya pemulih selalu berlawanan dengan arah gaya yang diberikan. 2. Hukum Hooke untuk Susunan Pegas Sebuah pegas yang diberi gaya akan mengalami pertambahan panjang sesuai dengan besar gaya yang diberikan padanya. Tanda negatif pada hukum Hooke bermakna bahwa gaya pemulih pada pegas selalu berlawanan arah pada simpangan pegas. Kotak Perhatian (Koper)!!
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 25 2.1 Susunan Seri Pegas Rangkaian seri berfungsi untuk menghasilkan pegas dengan konstanta yang lebih kecil sehingga pertambahan panjang yang akan dihasilkan pada sistem pegas akan lebih besar. Gambar 2. 3 : Susunan Dua Buah Pegas Seri Sumber : https://fisikamemangasyik.wordpress.com/ Gambar 2.3 menunjukkan bahwa gaya tarik yang dialami tiap pegas adalah sama. Gaya ini juga sama dengan gaya tarik yang dialami pegas gabungan. 1 = 2 = ....................................... (2.2) - Berdasarkan hukum Hooke, gaya pemulih dirumuskan sebagai berikut: = − ∆ ...................................... (2.3) ∆ = − ...................................... (2.4) Pertumbuhan panjang pegas yang disusun seri merupakan jumlah pertambahan panjang kedua pegas ∆ = ∆1 + ∆2 Bagaimana jika pegas yang diberi gaya berupa susunan pegas (lebih dari satu pegas)?
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 26 ∆ = 1 + 2 ...................................... (2.5) ∆ = ( 1 1 + 2 ) ∆ = ( 1 ) 1 = 1 1 + 1 2 Jadi, tetapan pegas yang disusun seri sebagai berikut. 1 = 1 1 + 1 2 + 1 ...................................... (2.6) 2.2 Susunan Paralel Pegas Tiga buah pegas masing-masing memiliki konstanta pegas 100 N/m, 200 N/m, dan 400 N/m. jika ketiga pegas tersebut dirangkai secara seri, maka tentukanlah konstanta pegas penggantinya. Penyelesaian: Diketahui: k1 = 100 N/m; k2 = 200N/m; k3 = 400 N/m Ditanya: konstanta pegas pengganti (k) ? Jawab : 1 = 1 1 + 1 2 + 1 3 = 1 100 + 1 200 + 1 400 1 = 4 + 2 + 1 400 1 = 7 400 = 400 7 = 57,1 / Contoh Soal
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 27 Gambar 2. 4 : Susunan Paralel Dua Buah Pegas Sumber : https://fisikamemangasyik.wordpress.com/ Jika F diberikan pada dua pegas yang disusun paralel seperti terlihat pada gambar 8, maka pertambahan panjang pegas total ∆ sama dengan pertambahan panjang masing-masing pegas = 1 + 2 ∆ = 1 ∆ + 2 ∆ ∆ = (1 + 2) ∆ ...................................... (2.7) - Jadi,tetapan pegas yang disusun paralel sebagai berikut: = 1 + 2 + ⋯ + ...................................... (2.8) Tiga buah pegas identik dengan konstanta elastisitas masing-masing 85 N/m disusun secara paralel.Tentukanlah konstanta pegas pengganti dari rangkaian tersebut? Penyelesaian: Diketahui: k1 = k2 = k3 = 85 N/m Ditanya: konstanta pegas pengganti (k) ? Jawab: k = k1 + k2+ k3 k = 85 + 85 + 85 k = 255 N/m Contoh Soal
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 28 3. Pemanfaatan Pegas dalam Kehidupan Pegas termasuk benda elastis sehingga akan kembali ke bentuk semula apabila gaya yang bekerja pada pegas dihilangkan. Sifat pegas tersebut banyak dimanfaatkan dalam produk teknologi.Berikut contoh pemanfaatan pegas dalam produk teknologi. a. Kasur Pegas Kita akan merasa nyaman ketika beristirahat diatas kasur pegas karena kasur pegas akan membentuk permukaan yang sesuai dengan tubuh. Berat badan akan menekan pegas-pegas kasur sehingga termampatkan. Pegas- pegas di dalam kasur akan memendek sesuai bentuk badan. Apabila kasur pegas tidak mengalami lagi gaya tekan oleh berat badan maka kasur pegas akan kembali ke bentuk semula. Hal ini terjadi karena pegas termasuk benda elastis Gambar 2. 5 : Penggunaan Pegas Pada Springbed Sumber : Semua Produk (ikea.co.id) b. Sistem Suspensi Kendaraan Bermotor Pegas digunakan pada sistem suspensi kendaraan bermotor untuk meredam kejutan. Pegas ini sangat diperlukan pada saat kendaran melewati jalan yang tidak rata atau jalan berlubang. Berat pengendara menekan pegas sehingga termampatkan ketika melewati jalan berlubang. Pegas kembali kepanjang semula begitu kendaraan berada dijalan rata. Dengan demikian, pengendara hanya merasakan sedikit ayunan sehingga tidak melelahkan. Gambar 2. 6 : Pegas Pada Sistem Seuspense Kendaraan Bermotor Sumber : https://penambang.com/suspensi c. Pegas Pada Setir Kemudi
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 29 Pada beberapa mobil, setir kemudi dirancang secara khusus untuk menjaga keselamatan pengemudi. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi agar pengemudi tidak terluka parah saat kecelakaan. Kolom setir akan memendekdan bergeser miring untuk menghindari benturan dengan dada pengemudi. Gambar 2. 7 : Pegas Pada Setir Kemudi Sumber : https://www.mazda.ca/ c. Rangkuman Hukum Hooke berbunyi: “Apabila pegas ditarik dengan suatu gaya tanpa melampaui batas elastisitasnya, pada pegas akan bekerja gaya pemulih yang sebanding dengan simpangan benda dari titik seimbangnya, tetapi arahnya berlawanan dengan arah gerak benda”. Secara matematis, hukum Hooke dinyatakan sebagai berikut: = − ∆ Tetapan pegas yang disusun seri adalah 1 = 1 1 + 1 2 + 1 Tetapan pegas yang disusun paralel adalah = 1 + 2 + ⋯ + ➢ Kita telah mengetahui beberapa contoh pemanfaatan pegas dalam kehidupan. Masih sangat banyak sekali benda-benda yang memanfaatkan pegas dalam kehidupan sehari-hari. Dapatkah kalian mencari pemanfaatan pegas lainnya? ➢ kalian juga telah mempelajari elastisitas bahan, dapatkah kalian membuat peralatan yang memanfaatkan elastisitas? Mari Bertindak Kreatif
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 30 Contoh pemanfaatan pegas dalam kehidupan sehari-hari adalah kasur pegas, sistem suspensi kendaraan bermotor, dan pegas pada setir kemudi. d. Latihan Mandiri Kerjakan soal-soal dibawah ini dengan benar! 1. Sebuah pegas memiliki panjang 60 cm, setelah ditarik benda bertambah panjang menjadi 66 cm. Tentukan besarnya regangan pegas? 2. Sebuah pegas mula-mula panjangnya 15 cm, tergantung pada statif, pada jungnya diberi 2 kg ternyata pegas memanjang menjadi 19 cm. Jika g = 10 m/s 2 . Tentukan konstanta pegas tersebut! 3. Sebuah pegas akan bertambah panjang 5 cm jika diberikan gaya sebesar 10 N. Hitunglah pertambahan panjang pegas jika gaya yang diberikan sebesar 16 N! 4. Pegas yang berkonstanta 1.000 N/m ditarik dengan gaya 100 N. Hitunglah besarnya pertambahan panjang pegas! 5. Pegas yang berkonstanta 350 N/m ditarik dengan gaya 225 N. Hitunglah besarnya pertambahan panjang pegas! e. E-Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD) Link : E-lkpd 2 Elastisitas Hukum Hooke interactive worksheet (liveworksheets.com)
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 31 Link : https://quizizz.com/admin/quiz/642c6944794852001d29cc1a?source=quiz_share EVALUASI
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 32 Efrizon Umar. 2007. Fisika dan Kecakapan Hidup Pelajaran Fisika untuk SMA/MA. Jakarta: Ganeca Exact. Hugh D. Young dan Roger A. Freedman. 2002. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Kamajaya. 2007. Cerdas Belajar Fisika Untuk Kelas XI SMA/MA Program IPA. Bandung: Grafindo Media Pratama. Kamajaya.2008. Fisika Untuk Kelas XI Semester 1 SMA. Bandung: Grafindo Media Pratama. Marthen Kanginan. 2016. Fisika 2 untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Erlangga. Marthen Kanginan. 2013. Fisika 1 untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Erlangga. Maya Sartika. 2012. Penerapan Model Pembelajaran Inkuiri Untuk Meningkatkan Hasil Belajar Siswa Pada Konsep Zat Dan Wujudnya Di Kelas VII MTsS Muhammadiyah Banda Aceh.Banda Aceh: Institut Agama Islam Negeri ArRaniry. Nur Salamah. 2020. Ringkasan Materi dan Latihan Soal Fisika Kelas XI SMA/MA Kurikulum 2013. Jakarta: Bhuana Ilmu Populer. Pujianto, dkk. 2016. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI Peminatan Matematika dan Ilmu Alam. Jawa Tengah: PT. Intan Pariwara. DAFTAR PUSTAKA
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 33 Elastis : Sifat benda yang dapat kembali kebentuk semula ketika gaya yang mempengaruhinya dihilangkan. Plastis : Sifat benda yang mengalami perubahan bentuk saat diberikan gaya, tetapi tidak kembali kebentuk semula saat gaya yang mempengaruhinya dihilangkan. Luas penampang : Luas permukaan suatu bidang atau suatu benda. Konstanta pegas : Perpajangan atau perpendekan pegas (x) bila pegas tersebut dikenakan suatu gaya (f). Gaya : Tarikan atau dorongan yang terjadi terhadap suatu benda Pegas : Benda elastis yang digunakan untuk menyimpan energi susunan pegas seri : Pegas berada di bawah pegas sebelumnya. Susunan pegas paralel : Pegas berada di samping pegas sebelumnya. GLOSARIUM
E - M O D U L E L A S T I S I T A S D A N H U K U M H O O K E | 34