Elastisitas Bahas Total Soal

Tercakup gaya pegas, energi potensial pegas, susunan seri pegas, susunan paralel pegas, membaca grafik F−ΔX, modulus elastisitas / young dan konsep perubahan energi.

Soal No. 1
Sebuah pegas digantung dengan posisi ibarat gambar berikut! Pegas lalu diberi beban benda bermassa M = 500 gram sehingga bertambah panjang 5 cm.




Tentukan :
a) Nilai konstanta pegas
b) Energi potensial pegas pada kondisi II
c) Energi potensial pegas pada kondisi III ( benda M lalu ditarik sehingga bertambah panjang 7 cm)
d) Energi potensial sistem pegas pada kondisi III
e) Periode getaran yang terjadi kalau pegas disimpangkan sampai bergetar harmonis
f) Frekuensi getaran pegas

Pembahasan
a) Nilai konstanta pegas
Gaya-gaya yang bekerja pada benda M ketika kondisi II ialah gaya pegas dengan arah ke atas dan gaya berat dengan arah ke bawah. Kedua benda dalam kondisi seimbang.



b) Energi potensial pegas pada kondisi II



c) Energi potensial pegas pada kondisi III ( benda M lalu ditarik sehingga bertambah panjang 7 cm)



d) Energi potensial sistem pegas pada kondisi III



e) Periode getaran yang terjadi kalau pegas disimpangkan sampai bergetar harmonis



f) Frekuensi getaran pegas



Soal No. 2
Enam buah pegas identik disusun sehingga terbentuk ibarat gambar di bawah. Pegas lalu digantungi beban bermassa M .



Jika konstanta masing-masing pegas ialah 100 N/m, dan massa M ialah 5 kg, tentukan :
a) Nilai konstanta susunan pegas
b) Besar pertambahan pertambahan panjang susunan pegas sesudah digantungi massa M

Pembahasan
a) Nilai konstanta susunan pegas


(Special Thanks for Mas Muhammad Ibnu http://throughmyfence.blogspot.com atas koreksinya)

b) Besar pertambahan pertambahan panjang susunan pegas sesudah digantungi massa M



Penjelasan Tambahan (Untuk Adek Isal):
2a) Pegas 1, pegas 2 dan pegas 3 disusun paralel, dapat diganti dengan satu buah pegas saja, namakan k₁₂₃ misalnya. Untuk susunan paralel total konstantanya tinggal dijumlahkan saja Dek, sehingga k₁₂₃ = 100 + 100 + 100 = 300 N/m
Pegas 4 dan pegas lima juga disusun paralel, penggantinya satu pegas saja, namakan k₄₅,
k₄₅ = 100 + 100 = 200 N/m
Terakhir kita tinggal punya 3 pegas, yaitu k₁₂₃ = 300 N/m, k₄₅ = 200 N/m dan k₆ = 100 N/m yang disusun seri.
Trus,..cari k_total dengan rumus untuk susunan seri (pake seper-seper gt) ibarat jawaban di atas.

2b) Benda M dipengaruhi gaya gravitasi / beratnya (W) yang arahnya ke bawah. Kenapa tidak jatuh,..karena ditahan oleh pegas (ada gaya pegas F_p) yang arahnya ke atas. Benda dalam kondisi diam, sehingga gaya ke gaya berat besarnya harus sama dengan gaya pegas. Makara F_p = W. Rumus F_p = kΔ x, sementara rumus W = mg.

Soal No. 3
Perhatikan gambar berikut! Pegas-pegas dalam susunan ialah identik dan masing-masing mempunyai konstanta sebesar 200 N/m.


Gambar 3a


Gambar 3b

Tentukan :
a) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3a
b) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3b

Pembahasan
a) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3a
Susunan pada gambar 3a identik dengan 4 pegas yang disusun paralel, sehingga k_tot = 200 + 200 + 200 + 200 = 800 N/m

b) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3b



Soal No. 4
Sebuah benda bermassa M = 1,90 kg diikat dengan pegas yang ditanam pada sebuah dinding ibarat gambar dibawah! Benda M lalu ditembak dengan peluru bermassa m = 0,10 kg.



Jika peluru tertahan di dalam balok dan balok bergerak ke kiri sampai berhenti sejauh x = 25 cm, tentukan kecepatan peluru dan balok ketika mulai bergerak kalau nilai konstanta pegas ialah 200 N/m!

Pembahasan
Peluru berada di dalam balok, sehingga kecepatan keduanya sama besarnya, yaitu v.
Balok dan peluru ini punya energi kinetik EK. Kenapa lalu berhenti? Karena dilawan oleh ukiran pada lantai. Makara persamaan untuk kasus ini ialah :



Masuk datanya untuk mendapat kecepatan awal gerak balok (dan peluru di dalamnya) :



Soal No. 5
Perhatikan gambar berikut ini!


Tentukan :
a) nilai konsanta pegas
b) energi potensial pegas ketika x = 0,02 meter
(Sumber gambar : Soal UN Fisika 2008 Kode Soal P4 )

Pembahasan
a) nilai konsanta pegas



b) energi potensial pegas ketika x = 0,02 meter


Soal No. 6
Seorang anak yang massanya 50 kg bergantung pada ujung sebuah pegas sehingga pegas bertambah panjang 10 cm. Tetapan pegas bernilai...
A. 500 N/m
B. 5 N
C. 50 N/m
D. 20 N/m
E. 5000 N/m

Pembahasan
kΔx = mg
k (0,1) = 50(10)
k = 5000 N/m

Soal No. 7
Perhatikan relasi antara gaya (F) terhadap pertambahan panjang (Δ X) berikut! Manakah yang mempunyai konstanta elastisitas terbesar?



Pembahasan
Gaya elastik, gaya pegas:
F = kΔx
k = F/Δx

Paling besar?

A. k = 50 / 10 = 5
B. k = 50 / 0,1 = 500
C. k = 5 / 0,1 = 50
D. k = 500 / 0,1 = 5000
E. k = 500 / 10 = 50
(elastisitas - un fisika sma 2013)


Soal No. 8
Untuk merenggangkan pegas sebesar 5 cm diharapkan gaya 10 N. Tentukan pertambahan panjang pegas kalau ditarik dengan gaya sebesar 25 N!

Pembahasan
Dari rumus gaya pegas diperoleh besar konstanta pegas, jangan lupa ubah cm ke m:
F = kΔx
10 = k(0,05) k = 10/0,05
k = 200 N/m

Untuk F = 25 N, dengan k = 200 N/m
F = kΔx
25 = 200Δx
Δx = 25/200 meter = 12,5 cm.

Selain cara di atas dapat juga dengan cara perbandingan, kesudahannya sama.

Soal No. 9
Untuk meregangkan sebuah pegas sebesar 4 cm diharapkan perjuangan 0,16 J. Gaya yang diharapkan untuk meregangkan pegas tersebut sepanjang 2 cm diharapkan gaya sebesar...
A. 0,8 N
B. 1,6 N
C. 2,4 N
D. 3,2 N
E. 4,0 N
(umptn 1996)

Pembahasan
Data:
Δx = 4 cm = 0,04 m
W = 0,16 joule

Usaha pegas tidak lain selisih energi potensial pegas, dalam hal ini dapat dianggap dari kondisi Δx = 0 m menjad Δx = 0,04 m

W = ΔEp
W = 1/2 k(Δx)²
0,16 = 1/2 k (0,04)²
k = 200 N/m

Kembali ke rumus gaya pegas dengan pertambahan panjang yang diminta kini ialah 2 cm
Δx = 2 cm = 0,02 m
F = kΔx
F = 200(0,02) = 4 newton.

Soal No. 10
Sepotong kawat logam homogen dengan panjang 140 cm dan luas penampangnya 2 mm² ketika ditarik dengan gaya sebesar 100 N bertambah panjang 1 mm. Modulus elastik materi kawat logam tersebut adalah....
A. 7 × 10⁸ N/m²
B. 7 × 10⁹ N/m²
C. 7 × 10¹⁰ N/m²
D. 7 × 10¹¹ N/m²
E. 7 × 10¹⁷ N/m²
(Modulus Elastisitas - UAN Fisika 2002)

Pembahasan
Data:
F = 100 N
Lo = 140 cm = 1,4 m
A = 2 mm² = 2 × 10⁻⁶ m²
ΔL = 1 mm = 10⁻³ m
E =....

Rumus modulus elastisitas atau modulus young


Dimana F = gaya, Lo = panjang mula-mula, A = luas penampang, ΔL = pertambahan panjang, dan E = modulus elastisitas, semuanya dalam satuan standar.
Masukan datanya



Soal No. 11
Susunan pegas berikut ini mempunyai konstanta pengganti sebesar.....



A. 200 N/m
B. 225 N/m
C. 250 N/m
D. 400 N/m
E. 750 N/m

Soal No. 12
Sebuah pipa vertikal terpasang di dalamnya sebuah pegas dan sebuah penampang bundar dari karet berjari-jari 10 cm ibarat terlihat pada gambar berikut.



Suatu zat cair dengan massa jenis 800 kg/m³ lalu dimasukkan ke dalam pipa sampai setinggi 35 cm. Pegas tertekan ke bawah sampai posisinya setinggi h. Jika konstanta pegas ialah 200 N/m dan percepatan gravitasi 10 m/s² tentukan nilai h!

Pembahasan
Soal ini menghubungkan topik gaya pegas dengan gaya berat dari cairan atau fluida. Ingat selain rumus berat w = mg, dapat juga w = ρ g V, dimana ρ ialah massa jenis benda dan V ialah volume benda. Jika benda berbentuk tabung, volume benda dapat diganti dengan luas ganjal kali tinggi atau hA, sehingga w = ρ g hA.

Tentukan dulu perubahan panjang pegas jawaban diisinya pipa dengan cairan:
Gaya dari pegas = Gaya dari zat cair



Dengan demikian h = 50 cm − 44 cm = 6 cm

Sumber http://ilmupelajarankita.blogspot.com