Elastisitas Material, Pegas, Hukum Hoke dan Energi Potensial Pegas

Elastisitas Material, Pegas, Hukum Hoke dan Energi Potensial Pegas

Elastisitas Material adalah suatu sifat bahan yang dapat berubah baik dalam ukuran maupun bentuk setelah mendapat luar, tetapi benda itu akan kembali ke ukuran dan bentuk semula setelah gaya luar itu di tiadakan.

Nilai dari setiap elastisitas material perlu di ketahui untuk kegunaan material tersebut, sehingga ketika memilih material kita tidak melakukan kesalahan dalam perhitungan.

Sifat Mekanis Material

Sifat mekanis material adalah salah satu faktor penting yang menjadi dasar dari pemilihan bahan saat kamu akan mengerjakan suatu perancangan. Kita juga bisa mengartikan bahwa sifat mekanik adalah reaksi yang terjadi pada material ketika ada beban yang diberikan seperti gaya, torsi, atau gabungan dari keduanya. Di dalam praktiknya, pembebanan yang ada pada material terbagi menjadi beban statik dan beban dinamik.

Perbedaan di antara kedua beban itu ada pada fungsi waktu yang dimiliki oleh beban statik, sedangkan pada beban dinamik, fungsi waktu tidak ada pengaruhnya sama sekali. Biasanya, pengujian mekanik dilakukan untuk mendapatkan sifat mekanik material. Pengujian ini pun biasanya bersifat merusak (destructive test). Lalu, dari pengujian itu kita bisa melihat keadaan dari material yang menghasilkan kurva atau data sebagai ciri dari material tersebut.

Hal-hal yang Harus Diperhatikan

Mechanical Properties atau Sifat Mekanik adalah sifat-sifat yang berasal dari bahan yang berhubungan dengan pembebanan mekanik pada besi. Baiknya, sifat-sifat ini bisa kita pertimbangkan saat akan menentukan produk baja yang dipakai juga proses pengolahan yang akan dilakukan. Sifat mekanis yang akan kita bahas kali ini adalah tentang pengertian elastisitas pada sifat mekanis dan pembahasan lengkap tentang aspek pengujiannya.

Pengertian elastisitas pada sifat material yang akan diuji cobakan nanti dibuat spesimen atau bentuk sampel yang berukuran kecil terlebih dahulu. Si sampel ini nantinya akan mewakili seluruh material dari komposisi, jenis, juga perlakuan yang sama. Kalau kamu mau mendapatkan hasil yang pengujian yang tepat, maka ada beberapa aspek yang harus kamu perhatikan, yang di antaranya adalah:

  • Kemampuan mesin
  • Ketepatan pengukuran
  • Ketelitian dalam pembuatan spesimen
  • Kualitas atau jumlah cacat yang ada pada material
Read also  Tahun Depan, Anda Harus Siap Membeli Sepeda Motor Listrik dan Menganggarkan Rp 6,5 Juta Untuk Subsidi

Stress, Strain, dan Modulus Young

Tegangan (Stress) menyatakan perbandingan antara gaya dengan luasan yang mendapat gaya, bila dinyatakan dalam persamaan ditulis sebagai σ=F/A . Dengan σ adalah tegangan N/m2, F adalah gaya (N) dan A adalah luas bidang yang dikenai gaya (m2).

Regangan (Strain) yaitu besaran yang menyatakan perbandingan antara perubahan panjang terhadap panjang semula.

e=ΔL/Lo

ΔL adalah pertambahan panjang (m)
Lo adalah panjang semula (m)
e adalah regangan

atau Modulus Young yaitu perbandingan antara tegangan dan regangan. Modulus Young menunjukkan ketahanan bahan untuk mengalami perubahan, makin besar nilai modulus Young maka makin sulit benda tersebut mengalami perubahan.

Modulus Young dapat dituliskan sebagai Y=σ/e

 

Pada daerah elastis suatu benda, besarnya pertambahan panjang sebanding dengan gaya yang bekerja pada benda itu.

Elastisitas pegas

Perhatikan gambar sebuah percobaan pada satu buah pegas mula-mula panjangnya 30 cm, pada percobaan pertama diujung pegas diberi satu buah beban kuningan dengan berat 30 N pegas bertambah panjangnya sebesar 5 cm.

Percobaan berikutnya ujung pegas yang sama diberi dua buah kuningan maka berat beban yang ditanggung oleh pegas adalah 2 x 30 N. Setelah diukur Panjang pegas menjadi 40 cm atau bertambah sebesar 2x 5cm dari percobaan pertama. Kemudian hasil percobaan itu dituliskan dalam grafik seperti dibawah ini.

grafic perhitungan pegas

Perbandingan antara beban dan perubahan panjang pegas dituliskan pada tabel berikut

perbandingan panjang

 

Hukum Hooke menyatakan bahwa pada daerah elastis suatu benda, besarnya pertambahan panjang sebanding dengan gaya yang bekerja pada benda itu.
Selanjutnya dapat ditulis F=k.Δx

hukum hoke

Hubungan antara gaya yang meregangkan pegas dan pertambaahan panjangnya pada daerah elastis pertama kali diselidiki oleh Robert Hooke (1635-1703). hasil penyelidikannya dinyatakan dalam sebuah hukum yang dikenal dengan hukum Hooke, yang menyatakan bahwa pada daerah elastis suatu benda, besarnya pertambahan panjang sebanding dengan gaya yang bekerja pada benda itu.
Selanjutnya dapat ditulis.

Read also  Perubahan Energi Yang Terjadi Pada Baterai Yang Menyalakan Senter Adalah

F=k.Δl

F   = Gaya
Δl = Pertambahan panjang
k   = konstanta pegas

persamaan tersebut menunjukkan bahwa perubahan panjang benda sebanding dengan gaya yang diberikan, yang nilainya dinyatakan dengan konstanta pegas (k). Sesuai hukum Newton III, maka gaya beban pada bahan kenyal akan mendapat reaksi berupa gaya F yang besarnya sama tetapi arhanya berlawanan.
F(x) = -k. ∆x (ada tanda NEGATIF)

 

Susunan Pegas

susunan pegas

Susunan Pegas Seri

susunan pegas seri

Pegas satu memiliki konstanta k1, pegas kedua memiliki konstanta k2, dan pegas ketiga memiliki konstanta k3, jika ketiganya disusun seri, maka secara  keseluruhan memiliki konstanta gabungan yang sebut saja konstanta seri dengan simbol ks. Ketika pegas yang diseri salah satu ujungnya ditarik seperti gambar, maka masing-masing pegas akan bertambah Panjang besar pertambahan panjang akhir dari susunan pegas tersebut adalah jumlah pertambahan panjang ketiga pegas tersebut.

∆X = ∆X1 + ∆X2 + ∆X3

rumus pegasseri

rumus pegas seri 2

 

 

 

 

 

Pegas satu memiliki konstanta k1, pegas kedua memiliki konstanta k2, dan pegas ketiga memiliki konstanta k3, jika ketiganya disusun seri, maka secara keseluruhan memiliki konstanta gabungan yang sebut saja konstanta seri dengan simbol ks. Ketika pegas yang diseri salah satu ujungnya ditarik seperti gambar, maka masing-masing pegas akan bertambah Panjang besar pertambahan panjang akhir dari susunan pegas tersebut adalah jumlah pertambahan panjang ketiga pegas tersebut.

∆X = ∆X1 + ∆X2 + ∆X3

 

Susunan Pegas Paralel

Pegas satu memiliki konstanta k1, pegas kedua memiliki konstanta k2, dan pegas ketiga memiliki konstanta k3, jika ketiganya disusun paralel, maka ketika ditarik dengan gaya F ketiga pegas akan mengalami pertambahan panjang sama besar. Gaya F terdistribusi pada ketiga pegas dengan besar masing masing F1, F2, dan F3.

Read also  Lubrication System Pada Turbine

susunan pegas paralel

 

 

 

 

 

 

 

Persamaan tersebut menunjukkan hubungan nilai konstanta susunan pegas parelal (kp) dengan konstanta masing-masing pegas (k1, k2, dan k3). Dengan penjumlahan seperti itu, nilai kp akan lebih besar dari pada masing-masing nilai k penyusunnya. Yang artinya bahwa pegas yang disusun paralel akan menjadi sistem pegas yang lebih sukar diubah bentuk dan ukurannya.

Energi Potensial Pegas

Sebuah pegas yang ditarik akan cenderung kembali ke keadaan semula apabila tarikannya dilepas. Kecenderungan ini menjadikan pegas memiliki ketika ditarik. Energi yang dimiliki pegas ketika pegas ditarik atau ditekan dikenal dengan besaran .

Bagaimana menghitung energi potensial pegas ini ?

Energi tidak dapat dihitung secara langsung, energi dapat dihitung berdasarkan usaha yang dapat dilakukan, sebagaimana halnya energi potensial pegas tidak dapat dihitung langsung. Menurut pengertian usaha, bahwa usaha sebanding dengan perubahan energi yang terjadi untuk melakukan usaha itu sendiri (w = ∆E).

Usaha yang dilakukan sebuah gaya dapat diilustrasikan dengan luasan daerah dibawah grafik F – ∆x seperti ditunjukkan gambar berikut :

energi potensial pegas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Persamaan tersebut menunjukkan bahwa energi potensial pegas (Ep) dipengaruhi oleh perubahan panjang dari pegas itu sendiri, jika perubahan pegas (∆x) diperbesar, maka pegas akan memiliki energi yang makin besar.

Sebagai contoh sebuah ketapel yang ketika digunakan, karetnya ditarik makin panjang maka ketapel tersebut akan melontarkan batu semakin jauh.

Beberapa pegas yang digabung menyebabkan nilai konstantanya berubah, sehingga energi potensialnya juga akan berubah. Jika beberapa pegas diseri, maka besar energi potensialnya akan berkurang dan jika beberapa pegas diparalel, maka energi potensialnya dapat bertambah.