Ringkasan materi dan pembahasan UN fisika tentang elastisitas dan hukum Hooke

RINGKASAN MATERI DAN PEMBAHASAN SOAL UN TENTANG ELASTISITAS DAN HUKUM HOOKE

Ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasional fisika sma tentang elastisitas dan hukum Hooke ini meliputi regangan, tegangan, modulus Young, gaya pegas, energi potensial pegas dan susunan pegas. Pada bahasan susunan pegas meliputi susunan seri pegas, susunan paralel pegas dan susunan seri-paralel pegas. Ringkasan ini dilengkapi dengan soal-soal latihan untuk mengukur tingkat pemahaman. Jadi pas buat persiapan menghadapi ujian nasional, ulangan harian atau ujian lainnya.

TEGANGAN (STRESS)

Adalah hasil bagi antara gaya tarik F yang dialami kawat dengan luas penampang A.
Rumus tegangan

REGANGAN (STRAIN)

Adalah hasil bagi antara pertambahan panjang ΔL dengan panjang awal L0.
Rumus regangan

MODULUS YOUNG

Adalah perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan.
Rumus Modulus Young

GAYA PEGAS DAN HUKUM HOOKE

Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastis pegas, pertambahan panjang pegas (Δx)  sebanding dengan gaya tariknya (F).

Rumus hukum Hooke

ENERGI POTENSIAL PEGAS

Rumus energi potensial pegas

Atau,

Rumus energi potensial pegas

Keterangan:
Ep = energi potensial pegas (Joule).
F = gaya pegas (N).
∆x = x2 – x1 = pertambahan panjang (m).
k = konstanta pegas (N/m2).

SUSUNAN SERI PEGAS

SUSUNAN SERI PEGAS
Rumus Konstanta gabunga pegas yang disusun seri

SUSUNAN PARALEL PEGAS

SUSUNAN PARALEL PEGAS
Rumus Konstanta gabungan pegas yang disusun paralel
Keterangan:
ktot = konstanta gabungan pegas (N/m).
k1 = konstanta pegas pertama (N/m).
k2 = konstanta pegas kedua (N/m).
k3 = konstanta pegas ketiga (N/m).

SUSUNAN GABUNGAN PEGAS

SUSUNAN GABUNGAN PEGASUntuk menyelesaikan susunan gabungan:
a. elesaikan terlebih dahulu susunan paralel dengan persamaan susunan paralel.
b. Selesaikan susunan seri dengan persamaan susunan seri.




PERIODE PEGAS

Rumus periode pegas

PERIODE BANDUL

Rumus periode bandul

CONTOH SOAL ELASTISITAS DAN PEMBAHASAN

Nomor 1 (UN 2012)
Untuk meregangkan sebuah pegas sejauh 5 cm diperlukan gaya sebesar 20 N. Energi potensial pegas ketika meregang sejauh 10 cm adalah...
A. 2 joule
B. 4 joule
C. 20 joule
D. 50 joule
E. 100 joule

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu konstanta pegas
k = F / x = 20 N / 0,05 m = 400 N/m
Menghitung energi potensial pegas
Ep = 1/2 k . x2
Ep = 1/2 . 400 N/m . 0,01 m = 2 joule
Jawaban: A

Nomor 2 (UN 2013)
Perhatikan grafik hubungan antara gaya (F) terhadap pertambahan panjang (x) berikut!
Manakah yang mempunyai konstanta terbesar?
Contoh soal gaya pegas
























Pembahasan:
A. k = F/x = 50 / 10 = 5 N/m
B. k = F/x = 50 / 0,1 = 500 N/m
C. k = F/x = 5 / 0,1 = 50 N/m
D. k = F/x = 500 / 0,1 = 5000 N/m
E. k = F/x = 500 / 10 = 50 N/m
Yang terbesar adalah D = 5000 N/m

Nomor 3 (2010)
Karet yang panjangnya L digantungkan beban sedemikian rupa sehingga diperoleh data sebagai berikut:
        Beban (W)
    2 N
    3 N
    4 N     
    Pertambahan Panjang (ΔL)  
  0,50 cm  
  0,75 cm  
  1,0 cm  
Berdasarkan tabel tersebut dapat disimpulkan besar konstanta karet adalah...
A. 250 N/m
B. 360 N/m
C. 400 N/m
D. 450 N/m
E. 480 N/m

Pembahasan:
k = F/x = 2 N / 0,005 m = 400 N/m
Jawaban: C

Nomor 4
Pegas yang panjangnya L digantungkan beban sedemikian sehingga diperoleh data sebagai berikut:
Contoh soal hukum Hooke
Berdasarkan tabel tersebut, dapat disimpulkan besar konstanta pegas adalah...
A. 250 N/m
B. 360 N/m
C. 400 N/m
D. 450 N/m
E. 480 N/m

Pembahasan
Untuk menghitung konstanta pegas.
k = F / x = 4 N / 1,0 cm = 4 N / 0,01 m = 400 N/m
Jawaban: C

Nomor 5
Grafik hubungan antara gaya (F) terhadap penambahan panjang (Δx) suatu pegas ditunjukkan gambar dibawah.
Contoh soal gaya pegas
Konstanta pegas yang digunakan adalah...
A. 1000 N/m
B. 900 N/m
C. 800 N/m
D. 700 N/m
E. 600 N/m

Pembahasan
Menghitung konstanta pegas dari grafik
k = F / x = 50 N / 0,05 m = 1000 N/m
Jawaban: A

Nomor 6
Grafik (F-x) menunjukkan hubungan antara gaya dengan pertambahan panjang pegas.
Contoh soal energi potensial pegas
Besar energi potensial pegas berdasarkan grafik di atas adalah...
A. 20 joule
B. 16 joule
C. 3,2 joule
D. 1,6 joule
E. 1,2 joule

Pembahasan
Menghitung energi potensial pegas dari grafik:
Ep = 1/2 . F . x = 1/2 . 40 N . 0,08 m = 1,6 joule
Jawaban: D

Nomor 7
Grafik dibawah menunjukkan hubungan antara gaya (F) dengan pertambahan panjang (Δx) sebuah pegas.
Contoh soal energi potensial pegas
Energi potensial pegas pada saat mengalami pertambahan panjang 14 cm adalah...
A. 11,2 joule
B. 5,6 joule
C. 1,12 joule
D. 0,56 joule
E. 0,112 joule

Pembahasan
Menghitung energi potensial pegas dari grafik.
Ep = 1/2 . F . x = 1/2 . 8 N . 0,14 m = 0,56 joule
Jawaban: D

Nomor 8
Tiga pegas identik dengan konstanta 600 N/m disusun seperti gambar.
Contoh soal susunan seri pegas
Jika susunan pegas diberi beban dengan berat w = 6 N, maka pertambahan panjang masing-masing pegas adalah...

Contoh soal susunan seri pegas
Pembahasan
Terlebih dahulu hitung konstanta gabungan:
Menghitung Konstanta gabungan susunan seri pegas
Ktot = 600 / 3 = 200 N/m
Menghitung pertambahan panjang pegas.
x = F / Ktot = 6 N / 200 N/m = 0,03 m = 3 cm
Jadi pertambahan panjang masing-masing pegas = 1 cm (sebab 1 cm + 1 cm + 1cm = 3cm).
Jawaban: C

Nomor 9
Tiga pegas identik disusun seperti gambar dibawah.
Contoh soal susunan seri pegas
Beban seberat 15 N digantung di ujung bawah pegas menyebabkan sistem pegas bertambah panjang 5 cm. Konstanta masing-masing pegas adalah...
A. 15 N/m
B. 20 N/m
C. 45 N/m
D. 300 N/m
E. 900 N/m

Pembahasan
Menghitung Konstantan gabungan pegas.
Ktot = F / x = 15 N / 0,05 m = 300 N/m.
Menghitung konstanta masing-masing pegas.
Menghitung konstanta gabungan susunan seri pegas Menghitung konstanta gabungan susunan seri pegas
K = 3 . 300 N/m = 900 N/m
Jawaban: E

Nomor 10
Empat buah pegas masing-masing dengan konstanta c disusun secara paralel. Konstanta pegas dari susunan ini menjadi...
A. 1/4 c
B. 1/2 c
C. 1 c
D. 2 c
E. 4 c

Pembahasan
Konstanta gabungan pegas susunan paralel
Ktot = c + c + c + c = 4c
Jawaban: E

Nomor 11
Contoh soal susunan gabungan pegas
Empat pegas identik masing-masing memiliki konstanta 300 N/m disusun seperti gambar!
Konstanta gabungan keempat pegas adalah...
A. 150 N/m
B. 225 N/m
C. 300 N/m
D. 900 N/m
E. 1200 N/m

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu tiga pegas yang disusun paralel (Kp)
Kp = 300 N/m + 300 N/m + 300 N/m = 900 N/m
Hitung konstanta gabungan
Menghitung konstanta gabungan susunan seri pegas
Ktot = 900 / 4 = 225 N/m
Jawaban: B

Nomor 12
Tiga buah pegas yang identik A, B, dan C dirangkai seperti gambar.
Contoh soal susunan gabungan pegas
Jika ujung bebas C digantungi beban w = 1,2 N maka sistem mengalami pertambahan panjang 0,6 cm. Konstanta masing-masing pegas adalah...
A. 200 N/m
B. 240 N/m
C. 300 N/m
D. 360 N/m
E. 600 N/m

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu konstanta total
Ktot = F/x = 1,2 N / 0,006 m = 200 N/m
Menghitung konstanta masing-masing pegas.
Menghitung konstanta gabungan susunan seri pegas
Ktot = (2/3) K = (2/3) . 200 N/m = 400/3 N/m
Jawaban: -

Nomor 13
Empat buah pegas identik masing-masing mempunyai konstanta 1600 N/m disusun seperti gambar.
Contoh soal susunan pegas
Berat beban w yang digantung menyebabkan sistem pegas mengalami pertambahan panjang 5 cm. Berat beban w adalah...
A. 60 N
B. 120 N
C. 300 N
D. 450 N
E. 600 N

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu Konstanta gabungan pegas.
Menghitung konstanta gabungan susunan seri pegas
Ktot = (3/4) K = 3/4 . 1.600 N = 1200 N/m
Menghitung w = F.
F = Ktot . x = 1.200 N/m . 0,05 m = 60 N
Jawaban: A

Nomor 14
Sepotong kawat homogen panjangnya 140 cm dan luas penampangnya 2 mm2. Ketika ditarik dengan gaya sebesar 100 N, bertambah panjang 1 mm. Modulus elastik kawat bahan kawat tersebut adalah...
A.7 . 108 N/m2
B.7 . 109 N/m2
C.7 . 1010 N/m2
D.7 . 1011 N/m2
E.7 . 1012 N/m2

Contoh soal Modulus Young dan pembahasan

Nomor 15
Gambar di bawah menunjukkan grafik hubungan antara gaya (F) dengan pertambahan panjang pegas (∆x).

Contoh soal menghitung konstanta pegas
Dari grafik tersebut konstanta pegas adalah...
A.100 N/m
B.200 N/m
C.300 N/m
D.500 N/m
E.5000 N/m

Pembahasan soal menentukan konstanta pegas

Nomor 16
Dalam suatu praktikum untuk menentukan konstanta suatu pegas diperoleh data sebagai berikut:
Data hasil percobaan gaya terhadap pertambahan panjang pegas
Jika F adalah gaya dan ∆x adalah pertambahan panjang pegas, maka konstanta pegas yang digunakan adalah...
A.100 N/m
B.200 N/m
C.300 N/m
D.400 N/m
E.500 N/m

Menghitung konstanta pegas

Nomor 17
Suatu pegas akan bertambah panjang 10 cm jika diberi gaya 30 N. Pertambahan panjang pegas jika diberi gaya 21 N adalah...
A.2 cm
B.3 cm
C.5 cm
D.6 cm
E.7 cm

Menghitung pertambahan panjang pegas

Nomor 18
Sebuah tali karet diberi beban 300 gram dan digantung vertikal pada sebuah statif. Ternyata karet bertambah panjang 4 cm (g = 10 m/s2). Energi potensial karet tersebut adalah...
A.7,5 . 10-2 joule
B.6,0 . 10-2 joule
C.4,5 . 10-2 joule
D.3,0 . 10-2 joule
E.1,5 . 10-2 joule

Menghitung energi potensial karet

Nomor 20
Percobaan menggunakan pegas yang digantung menghasilkan data sebagai berikut:

Percobaan   F (N)   ∆x (cm)
1                 88        11
2                 64        8
3                 40        5

Energi potensial yang dihasilkan ketika pegas bertambah panjang 2 cm adalah...
A.0,32 J
B.0,16 J
C.0,08 J
D.0,06 J
E.0,04 J

Menghitung energi potensial pegas

Nomor 21
Tiga pegas identik dengan konstanta 1000 N/m disusun seperti gambar.
Contoh soal susunan seri pegas
Jika susunan pegas diberi beban sehingga bertambah panjang 6 cm, maka pertambahan panjang masing-masing pegas adalah..
Contoh soal susunan seri pegas

Pembahasan soal susunan seri pegas
Nomor 22
Tiga buah pegas disusun seperti gambar dibawah.
Contoh soal susunan gabungan pegas
Jika konstanta pegas k1 = k2 = 3 N/m dan k3 = 6 N/m, maka konstanta susunan pegas besarnya...
A.1 N/m
B.3 N/m
C.7,5 N/m
D.12 N/m
E.15 N/m

Menghitung konstanta gabungan susunan pegas
Nomor 23
Tiga buah pegas identik disusun seperti gambar.
Contoh soal susunan gabungan pegas
Jika massa beban 300 gram (g = 10 m/s2) digantung pada pegas k1 pegas bertambah panjang 4 cm. Besarnya konstanta susunan pegas adalah...
A.225 N/m
B.75 N/m
C.50 N/m
D.25 N/m
E.5 N/m

Menghitung konstanta total susunan gabungan pegas
Nomor 24
Tiga pegas identik masing-masing mempunyai konstanta 200 N/m tersusun seri paralel seperti gambar dibawah.
Contoh soal susunan gabungan pegas
Pada ujung bawah susunan pegas digantungi beban seberat w sehingga susunan pegas bertambah panjang 3 cm. Berat beban w adalah...
A.1 N
B.2 N
C.3 N
D.4 N
E.10 N

Menghitung gaya pegas yang bekerja pada susunan pegas
Ringkasan materi dan pembahasan UN fisika tentang elastisitas dan hukum Hooke Ringkasan materi dan pembahasan UN fisika tentang elastisitas dan hukum Hooke Reviewed by Johan Akhmadin on Sunday, August 30, 2015 Rating: 5
Powered by Blogger.