IPA

Bunyi Hukum Hooke – Contoh Soal, Percobaan, Rumus, Pengertian

Salah satu hukum dalam Fisika yang dipelajari adalah Hukum Hooke. Hukum ini menjelaskan dengan gamblang mengenai pegas dan elastisitas. Kajian hukum ini memang hanya dalam lingkup elastisitas, namun penjabarannya sangat banyak. Jadi, hukum ini merupakan hukum paling dasar mengenai pegas atau benda elastis.

Hukum ini diperkenalkan oleh Robert Hooke, yang mana namanya kemudian digunakan sebagai nama hukum tersebut. Hooke meneliti hubungan antar gaya yang bekerja pada benda pegas serta benda elastis. Tujuannya adalah agar benda tersebut dapat kembali ke bentuk semula. Artinya, benda tidak melampaui batas semula.

Lebih jelasnya hukum ini mengkaji mengenai jumlah gaya maksimum pada suatu benda agar sifat elastisitasnya tidak hilang atau tidak melampaui batasannya.

Namun sebelum membahasnya lebih jauh, untuk memahami hukum ini haruslah memahami hukum Newton dan Hukum Kesetimbangan terlebih dahulu. Ketiganya sangat berkaitan erat dan tidak bisa dilepaskan. Hukum Hooke tidak akan bisa dilakukan tanpa adanya Hukum Newton.

Setelah memahami sekilas mengenai Hukum Hooke, berikut ini merupakan penjelasan lebih lanjut mengenai hukum tersebut.

Bunyi Hukum Hooke

Hukum Hooke yang berdasarkan berbunyi bahwa besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan pertambahan panjang benda. Kemudian, hukum ini berkembang menjadi hukum untuk susunan seri dan susunan paralel dengan bunyi:

“Sebuah pegas yang ditarik tanpa melebihi batas elastisitasnya akan mempunyai gaya tarik yang berbanding lurus dengan pertambahan panjangnya.”

Untuk pegas susunan seri maka panjang pegasnya menjadi dua kali lebih besar. Sedangkan untuk susunan paralel, maka luas penampang pegas menjadi 2x. Anda harus memahami konsep susunan seri dan paralel ini karena sering banyak dijumpai dalam soal maupun dalam kehidupan sehari-hari.

 

Rumus Hukum Hooke

Rumus Hukum Hooke merupakan bentuk persamaan dalam symbol. Karena hukum menjelaskan bahwa hubungan elastisitasnya sejajar, maka rumusnya adalah:

F  = – k . Δx.

F merupakan gaya yang diperoleh dari hukum dasar Newton dengan satuan N. K adalah konstanta pegas dengan satuan N/m, sedangkan Δx merupakan pertambahan panjang pegas yang diukur dari posisi normal. Kemudian maksud dari tanda negative merupakan pernyataan jika gaya yang diberikan untuk pegas dan oleh pegas memiliki arah berlawanan.

 

Sedangkan untuk hukum yang berlaku pada rangkaian seri, maka notasinya adalah sebagai berikut:

Ks = ½ k

Ketentuannya adalah Ks merupakan persamaan pegas, kemudian k merupakan konstanta pegas dengan satuan N/m.

 

Jika rangkaian seri lebih dari dua, maka penghitungannya adalah dengan rumus:

Ks = k/n

N merupakan jumlah pegas.

 

Kemudian untuk hukum yang berlaku pada rangkaian seri, maka rumusnya adalah:

Kp= 2k

Dengan pengertian Kp adalah untuk persamaan pegas pada rangkaian parallel serta k merupakan konstanta pegas.

 

Namun jika paralelnya lebih dari dua, Anda bisa menggunakan rumus:

Kp=nk

Dimana n merupakan banyaknya pegas.

 

Sebagai tambahan informasi, Anda perlu memahami konsep hukum Newton. Mengapa? Karena dalam hukum ini diberikan Newton. Itu artinya, Anda harus memahami dengan baik konsep Newton, terutama hukum pertamanya.

Selain memahami Hukum Newton, Anda juga dituntut untuk memahami tegangan, regangan, modulus elastisitas atau Modulus Young, mampatan serta hubungan gaya tarik dengan modulus Young. Terlebih untuk kajian yang lebih tingi, pemahaman atas hal-hal tersebut sangat penting.

 

Contoh Soal Hukum Hooke

Pembahasan Hukum Hooke tidak akan lengkap tanpa adanya pembahasan soal. Jika Anda belum memahami elastisitas, maka soal-soal ini bisa membantu Anda dalam memahaminya. Agar Anda lebih mudah dalam memahami elastisitas, Anda perlu menyimak contoh soal berikut ini.

Contoh Soal 1

Sebuah pegas dengan konstanta 200 N/m mengalami pertambahan panjang 0, 5 meter setelah diberi sejumlah gaya. Tentukan gaya yang diberikan pada pegas tersebut!

Jawaban:

Menggunakan rumus    F  = – k . Δx. Maka diketahui bahwa:

k : 200 N/m

Δ x : 0,5 m

Maka sesuai rumus berarti F  =  200 N/m. 0,5 m  100 N.

 

Contoh Soal 2

Sebuah pegas mulanya memiliki  panjang 2 meter. Setelah diberikan gaya, panjangnya berubah menjadi 2,75 meter. Pada pegas bertuliskan 600 N/m. tentukan gaya yang bekerja pada pegas tersebut.

Jawaban:

k :  600 N/m

x : 2.75-2 0.75 m

Mengikuti rumus F  = – k . Δ x maka perhitungannya adalah 600 N/m . 0,75 = 450 N.

 

Contoh Soal 3

Contoh soal ini lebih rumit karena menggunakan konsep parallel.

Tiga pegas identik dengan konstanta 100 N/m. Ada dua beban yang masing-masing seberat 0,5 kg. tentukan pertambahan anjang total pegas. Pegas pertama adalah paralel dan pegas kedua adalah seri.

Jawaban:

Untuk menghitungnya maka diperlukan pembahasan yang dipisahkan, yaitu pegas pertama dan pegas kedua.

Pegas pertama merupakan pegas paralel, sehingga rumusnya adalah Kp = 2k. Kemudian, masa kedua benda dijumlahkan agar gaya beratnya ada.

ΔxF1/Kp = 2 mg/ 2k = 2 (0,5) kg / 2 (100 N/m) = 0,005 g m.

Sedangkan untuk komponen gas kedua adalah k2=k

Gaya yang mempengaruhi pada komponen ini adalah satu benda saja, sehingga penghitungannya adalah F2  =  k2 . Δx

Δx2  =   F2/k2  =   mg/k   =  0,5 kg/200 N/m  =  0,005 g m

Total pertambahan panjang sistem adalah jumlah dari kedua k.

Itu berarti 0,005 + 0,005  = 0,01

Jika gravitasi normal adalah 10 m/s, maka pertambahan panjang tersebut adalah -0.01 . 10 = 1 meter atau 100 cm.

 

Percobaan Hukum Hooke

Percobaan Hukum Hooke bertujuan untuk meneliti hubungan antar gaya dengan pertambahan panjang pegas serta untuk menentukan konstanta pegas. Anda bisa melakukan percobaan ini untuk membuktikan Hukum Hooke pula.

Untuk melakukan percobaan ini, Anda hanya membutuhkan:

  • Pegas
  • Beban 50 gram sebanyak 4 buah
  • Statis
  • Mistar

Untuk melakukannya, rangkai alat-alat tersebut. Gantungkan pegas pada statis dan tempatkan mistar pada posisi yang tepat untuk mengukur pertambahan panjang.

Siapkan tabel untuk mencatat hasil penelitian terlebih dahulu. Data yang akan dicatat sangat penting untuk membuktikan Hukum Hooke.

Pada percobaan pertama, taruhlah benda dengan beban 50 gram pada ujung bawah pegas. Hitung anjang pegas dengan satuan panjang pegas 1 (I1). Catat hasil pertambahan panjang pada percobaan pertama ini.

Lanjutkan dengan percobaan kedua/ caranya adalah dengan menambahkan sebuah beban dengan berat 50 gram. Ukur panjang pegas dan tulis dengan keterangan l2.

Pada percobaan kedua ini, tuliskan juga bahwa w = 0,5 Newton, Δl= l2-l1, serta k=w/ Δl

Gantungkan lagi benda berbeban 50 gram dan ukurlah panjang pegas dengan keterangan l3. Catat hasilnya dengan w= 1 Newton, Δl= l3-l1 serta k=w/ Δl.

Karena beban tinggal satu, gantungkan dan catat hasilnya sebagai l4. Ukur benda dan catat dengan ketentuan w adalah 1,5 Newton dan Δl= l4-l1serta k=w/ Δl.

Setelah percobaan selesai dan data berhasil dihimpun, kini saatnya mengolah data tersebut. Hitung tiga konstanta pegas untuk menghitung rata-ratanya. Tambahkan ketiga konstanta dan bagi tiga.

Buatlah grafik hubungan antara gaya berat atau w dengan pertambahan pegas Δl.

Setelah pembuatan grafik selesai, jawablah pertanyaan berikut ini untuk identifikasi lebih lanjut serta sebagai pembahasan.

Pertanyaan pertama adalah bagaimana hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas? Jika gaya semakin besar apakah pertambahan anjang pegas semakin besar, bersifat tetap atau justru menjadi semakin kecil? Perhatikan grafik untuk menjawab pertanyaan ini dan menjelaskannya lebih lanjut.

Pertanyaan kedua adalah apakah konstanta pegas bernilai sama? Jika tidak sama, mengapa hal ini bisa terjadi? Berikan analisis Anda dengan data yang sudah Anda catat.

Pertanyaan terakhir adalah berapa konstanta pegas rata-rata yang diperoleh dari percobaan tersebut? Anda bisa menjawabnya melalui data yang telah Anda buat.

Setelah pertanyaan di atas selesai dijawab, saatnya Anda membuat kesimpulan. Nyatakan kesimpulan Anda dengan jelas sesuai hasil percobaan.

 

Aplikasi Hukum Hooke

Elastisitas benda bisa ditemukan sehari-hari seperti pada karet. Begitu juga dengan Hukum Hooke yang banyak diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari. Ada banyak hal yang telah menerapkan hukum Hooke.

Mikroskop digunakan untuk melihat jasad renik yang tak kasat mata. Sedangkan teleskop berfungsi untuk melihat benda jauh yang tidak terlihat oleh mata. Teleskop paling sering digunakan untuk melihat benda luar angkasa.

Ada pula alat percepatan gravitasi yang menggunakan prinsip Hooke tersebut. Bahkan, jam pun juga menggunakan prinsip Hooke ini. Terutama jam yang dapat dimanfaatkan untuk menentukan garis atau posisi kapal terhadap bibir laut.

Contoh lainnya adalah sambungan tongkat persneling yang biasa kita jumpai pada sepeda motor serta mobil. Ayunan pegas dan dynamometer sebagai pengukur gaya juga menggunakan prinsip tersebut.

Bahkan, neraca pegas menggunakan hukum Hooke dalam cara kerjanya. Dalam bahasa sehari-hari, neraca pegas merupakan timbangan. Neraca ini biasanya berguna untuk mengetahui berat seseorang. Jadi, ketika Anda melakukan penimbangan berat badan, Anda sedang berhadapan dengan Hukum Hooke ini.

Dan yang paling sering ditemui bahkan sejak kecil adalah ketapel. Mungkin Anda pernah memainkannya. Ketapel merupakan contoh benda paling sederhana dan paling mudah ditemukan yang berhubungan dengan konsep Hooke.

Yang terakhir adalah kasur pegas. Kasur pegas juga ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Ketika Anda mencoba berbaring di atas kasur, secara otomatis ada gaya berat yang diberikan oleh tubuh terhadap kasur. Gaya ini membuat kasur mampat. Dan atas dasar pegas inilah Anda bisa merasakan empuk ketika berada di atas kasur pegas.

 

Setelah mengetahui penjelasan lengkap mengenai pegas yang ternyata berkaitan dengan kehidupan kita sehari-hari, kini Anda bisa mendalaminya lebih lanjut. Hubungan dengan gaya, tegangan serta kemampatan. Ketiganya memiliki rumus yang berbeda-beda dan berhubungan dengan rumus hukum Hooke. Jika perlu, Anda bisa memanfaatkannya untuk membantu pekerjaan Anda. Karena pada dasarnya, pengaplikasian hukum-hukum fisika, termasuk Hooke, akan banyak membantu aktivitas manusia.

Penerapan prinsip di atas berguna bagi kehidupan manusia dan bahkan berperan penting untuk kemajuan ilmu pengetahuan. Dengan adanya hal ini, bisa dipastikan bahwa gagasan Hooke mampu memberikan dampak positif terhadap umat manusia.

Karena gagasan Hooke ini fokus terhadap gaya elastisitas, maka kita bisa menemukan kasus dasar yang ada dalam konsep gagasan tersebut. Ia membedakan ada dua jenis benda, yaitu plastis dan elastis. Benda elastis ini pula yang kemudian memiliki kinerja hukum hooke secara alami. Beberapa contoh benda elastis yang juga bersifat pegas adalah ketapel, busur panah, peer serta karet gelang.

Sumber:

loading...

Leave a Reply