Sunday, November 4, 2018

Soal dan pembahasan tentang elastisitas

Halo guys hari ini saya akan membahas soal soal tentang Elastisitas dan Hukum Hooke. Kita mempelajari tentang sifat elastisitas suatu bahan. Lalu juga mempelajari tentang gerak harmonik dan gaya pemulih pada elastis benda. Berikut adalah beberapa soal dan pembahasannya yang berhasil saya kumpulkan dari beberapa sumber

1). Perhatikan gambar grafik tegangan-regangan sebuah kawat berikut. Modulus Young kawat x adalah..... (x menunjukkan: tegangan x 10Nm-2 dan Regangan x 10-4). X dari grafik menunjukkan ke tegangan yaitu 20, dan ke regangan yaitu 4)
a. 5 Nm-2                      d. 40 Nm-2
b. 10 Nm-2                    e. 80 Nm-2
c.  20 Nm-2

Diketahui: 
σ = 20 x 107
e = 4 x 10-4

Ditanya: Modulus Young?

Jawab:
E = tegangan/regangan
E = σ/e
E = 20 x 107/4 x 10-4
E = 5 x 1011 N/m

2). Sebuah balok 10 kg dikaitkan pada sebuah kawat yang memiliki luas penampang 2,4 mm². Jika g = 9,8 m/s², tegangan yang dialami kawat tersebut adalah..... Nm-2
a. 4,09 x 107                         d. 5,27 x 107
b. 4,17 x 107                            e. 5,79 x 107
c. 5,10 x 107

Diketahui:
A = 2,4 mm² => 2,4 x 10-6 
g = 9,8 m/s²
m = 10 kg => F = m.g = 10.9,8 = 98 N

Ditanya: Tegangan (σ) ?

Jawab:
σ = F/A
σ = 98 / 2,4 x 10-6
σ = 98 / 2.4 . 106
σ = 40,83 . 106
σ = 4.09. 107

3). Dua buah kawat x dan y panjangnya masing-masing 1 m dan 2 m ditarik dengan gaya yang sama sehingga terjadi pertambahan panjang masing-masing 0,5 mm dan 1 mm. Jika diameter kawat y dua kali diameter kawat x, perbandingan modulus Young kawat x terhadap y adalah....
a. 1:1                       d. 2:1
b. 1:2                       e. 4:1
c. 1:4

Diketahui:
Pada kawat x:
L = 1 m
gaya = F
ΔL = 0,5 mm
diameter = d => A = 1/4.π.d²

Pada kawat y:
L = 2m
gaya = F
ΔL = 1mm
diameter = 2d => A = 1/4.π.(2d)²

Ditanya: Perbandingan Modulus Young?

Jawab:
= E1 : E2
= F.L/A.ΔL : F.L/A.ΔL
= F.1 /1/4.π.d² . 0,5 : F.2 /1/4.π.(2d)² . 1
= 2F / 1/4.π.d² : 2F / 1/4.π.(2d)² (Coret 1/4.π.d² masing-masing persamaan)
= 2F /1 : 2F / 4 (jadi 4 karena 2 dikuadratkan) => Coret 2F masing-masing persamaan
= 1/1 : 1/4
= 1/1 x 4/1
= 4/1
= 4:1 (Jawaban: E)

4). Sebuah benda bermassa 500 kg digantungkan pada sebuah kawat baja dengan panjangnya 3m dan luas penampangnya sebesar 0,15 cm². Jika diketahui modulus Young untuk baja 2,0 x 1011N/m², pertambahan panjang kawat adalah....
a. 0,47 cm                            d. 0,50 cm
b. 0,48 cm                            e. 0,51 cm
c. 0,49 cm

Diketahui:
m = 500 kg => F = 500x10 = 5000 N => 5 x 103
L = 3m => 3x10² cm
A = 0,15 cm² => 1,5 x 10-5 
E = 2,0 x 1011N/m²

Ditanya: ΔL (Pertambahan panjang kawat)?

Jawab:
E = F/A . L/ΔL
ΔL = F/A . L/E
ΔL = F.L / A.E
ΔL = 5 x 103. 3x10² / 1,5 x 10-5. 2,0 x 1011
ΔL = 15 x 105/ 3 x 106
ΔL = 1.500.000 / 3.000.000
ΔL = 0,50 cm (Jawaban: D)

5). Sebuah kabel baja lift yang memiliki diameter 4 cm mengangkat beban 628 kg. Jika g = 9,8 m/s², tegangan kabel baja tersebut adalah..... Nm-2.
a. 0,52 x 106
b. 1,32 x 106
c. 4,9 x 106
d. 7,8 x 106
e. 9,2 x 106

Diketahui:
d = 4 cm
m = 628 kg
g = 9,8 m/s²

Ditanya: Tegangan kabel?

Jawab:
Kita cari A terlebih dahulu:
A = 1/4 π d²
A = 1/4. 3,14. 4²
A = 1/4. 3,14. 16 (1/4 dan 16 dicoret)
A = 3,14. 4
A = 12,56 cm²
A = 12,56 x 10-4 

F = m.g = 628. 9,8 = 6154,4 N

σ = F/A
σ = 6154,4 / 12,56 x 10-4 
σ = 6154,4 / 12,56 . 10
σ = 490 . 10000
σ = 4.900.000 N/m
σ = 4,9 x 106

6). Seutas kawat dengan luas penampang 4mm² ditarik oleh gaya 3,2 N sehingga kawat tersebut mengalami pertambahan panjang sebesar 0,04 cm. Jika panjang kawat pada mula mulanya 80 cm, modulus Young kawat tersebut adalah....Nm-2.
a. 8 x 105
b. 1,6 x 105
c. 8 x 109
d. 1,6 x 109
e. 1,75 x 109

Diketahui:
A = 4mm² = 4 x (10-3m)² = 4 x 10-6
F = 3,2 N
L = 80 cm => 0,8 m
ΔL = 0,04 cm => 0,004 m

Ditanya: Modulus Young?

Jawab:
E = F/A . L/ΔL
E = 3,2 /4 x 10-6 . 0,8/0,004
E = 3,2 /4 . 106 . 200
E = 8. 1000000 . 200
E = 1.600.000.000 N/m
E = 1,6 x 10N/m (Jawaban: D)

7). Seutas kawat dengan panjang L dan jari-jari r dijepit dengan kuat di salah satu ujungnya. Ketika ujung kawat lainnya ditarik oleh gaya F, panjang kawat bertambah 2 cm. Kawat lain dari bahan yang sama, panjangnya 1/4 L dan jari-jari 2r ditarik dengan gaya 2F. Pertambahan panjang kawat ini adalah...
a. 0,10 cm                           d. 1,50 cm
b. 0,25 cm                           e. 2,00 cm
c. 0,50 cm

Diketahui:
Pada kawat 1:
panjang = L
jari-jari = r => A = π r²
ditarik oleh gaya = F
ΔL = 2 cm

Pada kawat 2:
panjang = 1/4 L
jari-jari = 2r => A = 2.22/7 r² = π (2r)²
ditarik oleh gaya = 2F

Ditanya: ΔL kawat ke dua adalah??

Jawab:
Karena diberitahu bahan yang sama, maka modulus Youngnya sama. Maka,
E1 = E2
F/A x L/ΔL = F/A x L/ΔL
F/π r² x L/2 = 2F/π (2r)² x 1/4L /ΔL (coret π, r dan F di persamaan 1)
1/1 x L/2 = 2/4 x 1/4L /ΔL
1 . L / 1 . 2 = 2 . 1/4 L / 4 . ΔL
L / 2 = 2/4 L / 4ΔL 
L / 2 = 1/2 L / 4ΔL (samakan L nya masing-masing persamaan)
1/2L / 1 = 1/2 L / 4ΔL  (coret masing-masing 1/2 L)
1 = 4ΔL
ΔL = 1/4
ΔL  = 0,25

Jadi, pertambahan panjang kawat adalah 0,25 cm

8). Sebuah batang silindris pejal terbuat dari besi yang panjangnya 4 m dengan diameter 9,0 cm. Batang tersebut dipasang vertikal dan diujung atasnya diletakkan beban 80.000 kg. Jika modulus Young besi tersebut 1,9 x 1011 Nm-2, batang besi tersebut akan mengalami pemendekan sebesar....
a. 2,3 mm
b. 2,5 mm
c. 2,6 mm
d. 2,8 mm
e. 3 mm

Diketahui:
L = 4 m
d = 9 cm => 0,09 m | r = d/2 = 9/2 = 4,5
A = πr² = 3,14. 4,5² = 3,14. 20,25 = 63,585 cm² => 63,585 x 10-4 
m = 80.000 kg => F = m.g = 80.000 x 10 =800.000 N
E = 1,9 x 1011 Nm-2

Ditanya: ΔL (Pemendekan)?

Jawab:
E = F.L / A.ΔL
ΔL = F.L / A.E
ΔL = 800.000.4 /63,585 x 10-4 . 1,9 x 1011
ΔL = 3.200.000 / 120,8115 x 107
ΔL = 3.200.000 /1.208.115.000
ΔL = 0,00264 m
ΔL = 2,64 mm

9). Sebuah beban 8,0 kg digantungkan pada ujung kawat logam sepanjang 75 cm dengan diameter 0,130 cm. Jika kawat tersebut memanjang 0,035 cm, modulus Young dari kawat logam tersebut adalah...Nm-2.
a. 1,00 x 1011
b. 1,27 x 1011
c. 1,45 x 1011
d. 1,27 x 1010
e. 1,45 x 1010

Diketahui:
m = 8 kg => F = 8x10 = 80 N
L = 75 cm => 0,75 m
d = 0,130 cm
A = 1/4. π. d² = 1/4. 3,14. 0,130² = 1/4. 3,14. 0,0169 = 0,0132665 cm² => 0,0132665 10-4 
ΔL = 0,035 cm => 0,035 x 10-2 m

Ditanya: Modulus Young?

Jawab:
E = F.L / A.ΔL
E = 80. 0,75 / 0,0132665 10-4 . 0,035 x 10-2
E = 60 / 0,0004643275 x 10-6
E = 60 / 0,0004643275 . 106
E = 129219 . 106
E = 1,29 . 1011

10). Sebuah massa 225 kg digantungkan pada ujung bawah sebuah batang sepanjang 4 m dengan luas penampangnya 0,5 cm². Jika batang itu memanjang 1 mm, modulus Young batang tersebut adalah...Nm-2.
a. 1,23 x 1011
b. 1,50 x 1011
c. 1,76 x 1011
d. 1,83 x 1011
e. 1,90 x 1011

Diketahui:
m = 225 kg => F = 225 x 10 = 2250 N
L = 4m
A = 0,5 cm² => 0,5 x (10-2m)² => 0,5 x 10-4
ΔL = 1mm => 0,001 m

Ditanya: E (Modulus Young)?

Jawab:
E = F/A . L/ΔL
E = 2250/0,5 x 10-4 . 4/0,001
E = 2250/0,5 x 10-4 . 4000
E = 2250/0,5 . 104 . 4000
E = 4500. 10000. 4000
E = 180.000.000.000
E = 1,80 x 1011 (Jawaban: D)

11). Beberapa beban maksimum yang boleh di gantung pada seutas kawat baja dengan luas penampang 5mm², jika diketahui regangan yang tidak boleh melebihi 0,001 (modulus elastis baja 2 x 1011 Nm-2)
a. 500 N
b. 1000 N
c. 1500 N
d. 2000 N
e. 2500 N

Diketahui:
A = 5mm² = 5 x (10-3m)² = 5 x 10-6
e = 0,001 = 10-3
E = 2 x 1011 N/m²

Ditanya: F (beban maksimum)?

Jawab:
F = A.e.E
F = 5 x 10-6m² .10-3. 2 x 1011 N/m²
F = 2 x 5 x 10-6 + (-3) + 11
F = 10 x 10²
F = 10 x 100
F = 1000 N (Jawaban: B)

12). Empat buah pegas masing-masing dengan konstanta C disusun secara paralel. Konstanta pegas yang disusun paralel adalah...
a. 1/2
b. 1/4
c. C
d. 4 C
e. 2C

Jawab:
Karena disusun paralel jadi:
kp = C + C + C + C
kp = 4C (Jawaban: D)

13). Tiga buah pegas memiliki konstanta sama disusun secara seri dan pada ujung bawahnya digantungi beban 6 kg, pegas memanjang 5 cm. Perpanjangan susunan pegas jika diberi beban 8 kg adalah....
a. 6,5 cm
b. 6,6 cm
c. 6,8 cm
d. 6,7cm
e. 7,0 cm

Diketahui:
konstanta tiga pegas sama dan disusun secara seri
m1 = 6kg
Δx1 = 5 cm
m2 = 8 kg

Ditanya: Δx2 (Perpanjangan susunan pegas jika m2 = 8 kg)

Jawab:
F = k. Δx
Karena konstanta setiap pegas sama, maka bisa kita abaikan.

F1/Δx1 = F2/Δx2
m1.g/Δx1 = m2.g/Δx2 (g dicoret)
m1/Δx1 = m2/Δx2
6/5 = 8/Δx2
Δx2 = 5.8/6
Δx2 = 40/6
Δx2 = 6,67 cm => dibulatkan menjadi 6,7 cm (Jawaban:D)

14). Seorang siswa memiliki massa 50 kg, bergantung pada ujung pegas sehingga pegas bertambah panjang 10 cm, nilai tetapan pegas adalah....
a. 500 N/m
b. 5 N/m
c. 50 N/m
d. 20 N/m
e. 5.000 N/m

Diketahui:
m = 50 kg
Δx = 10 cm => 0,1 m

Ditanya: k (nilai tetapan/konstanta pegas)?

Jawab:
F = m.g
F = 50.10
F = 500 N

F = k. Δx
500 = k. 0,1
k = 500/0,1
k = 5000 N/m (Jawaban: E)

15). Berapa beban maksimum yang boleh digantung pada seutas kawat baja dengan luas penampang 5mm², jika diketahui regangan yang tidak boleh melebihi 0,001 (modulus elastis baja adalah 2 x 1011 N/m²)
a. 500 N
b. 1000 N
c. 1500 N
d. 2000 N
e. 2500 N

Diketahui:
A = 5mm² = 5 x (10-3m)² = 5 x 10-6
e = 0,001 = 10-3
E = 2 x 1011 N/m²

Ditanya: F (beban maksimum)?

Jawab:
F = A.e.E
F = 5 x 10-6m² .10-3. 2 x 1011 N/m²
F = 2 x 5 x 10-6 + (-3) + 11
F = 10 x 10²
F = 10 x 100
F = 1000 N (Jawaban: B)

16). Untuk meregangkan sebuah pegas sebesar 4 cm diperlukan usaha sebesar 0,16 J. Untuk meregangkan pegas sebesar 2 cm maka diperlukan gaya sebesar....
a. 0,8 N
b. 1,6 N
c. 2,4 N
d. 3,2 N
e. 4,0 N

Diketahui:
x1 = 4 cm => 0,04 m
W = 0,16 J
x2 = 2 cm => 0,02 m

Ditanya: F (gaya dari pegas ke2) ?

Jawab:
W = 1/2. k . x1²
0,16 = 1/2. k. 0,04²
0,16 = 1/2. k. 0,0016
0,32 = k. 0,0016
k = 0,32/0,0016
k = 200 N/m

maka, F = k.x2
F = 200. 0,02
F = 4 N (Jawaban: E)

17). Tiga pegas dengan konstanta k1 = 20 N/m, k2 = 30 N/m, k3 = 60 N/m. Ketiga pegas dirangkaikan dengan cara seri, paralel, atau gabungan keduanya, akan didapatkan konstanta pegas:
(1). 10 N/m
(2). 40 N/m
(3). 45 N/m
(4). 110 N/m
Pernyataan yang benar adalah...
a. (1), dan (4)
b. (1), dan (3)
c. (1), (2), dan (3)
d. (2), dan (4)
e. semua benar

Jawab:
*Kita pakai cara seri:
1/ks = 1/k1 +1/k2 +1/k3
1/ks = 1/20 + 1/30 +1/60
1/ks = 3/60 + 2/60 + 1/60
1/ks = 6/60
ks = 60/6
ks = 10 N/m

*Kita pakai cara paralel:
kp = k1 + k2 + k3
kp = 20 + 30 + 60
kp = 110 N/m

*Kita pakai cara gabungan:
kp = k1 + k2 = 20 + 30 = 50 N/m
1/ks = 1/kp + 1/k3
1/ks = 1/50 + 1/60
1/ks = 6/300 + 5/300
1/ks = 11/300
ks = 300/11 N/m

Berarti pernyataan yang benar adalah (1) dan (4) => (Jawaban: A)

18). Sebuah pegas panjangnya 50 cm dengan konstanta pegas 200 N/m, dipotong menjadi dua bagian yang sama. Potongan pegas tersebut ditarik dengan gaya 40 N dan akan bertambah panjang sebesar...
a. 5 cm
b. 10 cm
c. 15 cm
d. 20 cm
e. 25 cm

Diketahui:
x mula-mula = 50 cm
k = 200 N/m
=> dipotong menjadi 2 bagian:
jadi: masing-masing x = 25 cm
F = 40 N

Ditanya: Δx (pertambahan panjang)?

Jawab:
Saya anggap susunan pegasnya paralel:
kp = k1 + k2
kp = 200 + 200
kp = 400 N/m

F = k . Δx
40 = 400 . Δx
Δx = 40/400
Δx = 0,1 m
Δx = 10 cm (Jawaban: B)

19). Sebuah sepeda motor menggunakan dua shock breaker depan dan dua shock breaker belakang. Setiap shock breaker memiliki konstanta pegas sama, yaitu sebesar 2.500 N/m. Ucok yang massanya 50 kg (g=10 m/s²) duduk di atas sepeda motor itu dan berada pada titik kesetimbangan dari ke empat shock breaker. Perubahan panjang setiap shock breaker adalah...
a. 2,5 cm
b. 5,0 cm
c. 7,5 cm
d. 10,0 cm
e. 12,5 cm

Diketahui:
k= 2500 N/m
m = 50 kg
g=10 m/s²

Ditanya: Δx (perubahan panjang setiap shock breaker)?

Jawab:
Karena ada 4 shock breaker (2 depan dan 2 belakang) maka:
karena disusun paralel=> k = 4.2500 = 10.000 N/m

Kita cari F dulu:
F = m.g = 50.10 = 500 N

maka, F=k.Δx
500 = 10.000 . Δx
Δx = 500/10.000
Δx = 0,05 m
Δx = 5,0 cm (Jawaban: B)

20). Sebuah pegas yang panjangnya 100 cm dipotong menjadi tiga bagian, dengan perbandingan panjang 2:3:5. Jika setiap pegas ditarik dengan gaya yang sama besar, perbandingan pertambahan panjang setiap pegas adalah...
a. 2:3:5
b. 5:3:2
c. 6:10:15
d. 15:10:6
e. 3:5:10

Jawab:
Pegas dengan panjang 100 cm dipotong menjadi 3 bagian, dengan perbandingan 2:3:5. Kita temukan dulu panjang masing-masing bagian.
Bagian 1: 2/10 x 100 = 20 cm
Bagian 2: 3/10 x 100 = 30 cm
Bagian 3: 5/10 x 100 = 50 cm

Konstanta pegas ke 1 = 1/20
Konstanta pegas ke 2 = 1/30
Konstanta pegas ke 3 = 1/50

F = k. Δx
Δx = F/k

Karena gaya masing-masing pegas sama, kita bebas menentukan gayanya. Anggap saja gayanya = 1N
Δx pegas ke 1 = 1/ 1/20 = 20
Δx pegas ke 2 = 1/ 1/30 = 30
Δx pegas ke 3 = 1/ 1/50 = 50

Kita bandingkan Δx masing-masing pegas:
Δx1:Δx2:Δx3
20:30:50
= 2:3:5 (Jawaban: A) 

21)sebuah pegas digantung dengan posisi seperti gambar berikut! Pegas kemudian 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 kemudian ditarik sehingga bertambah panjang 7 cm)
d) Energi potensial sistem pegas pada kondisi III
e) Periode getaran yang terjadi jika pegas disimpangkan hingga bergetar harmonis
f) Frekuensi getaran pegas 

Pembahasan

a) Nilai konstanta pegas
Gaya-gaya yang bekerja pada benda M saat kondisi II adalah 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 kemudian ditarik sehingga bertambah panjang 7 cm)



d) Energi potensial sistem pegas pada kondisi III



e) Periode getaran yang terjadi jika pegas disimpangkan hingga bergetar harmonis



f) Frekuensi getaran pegas

  

22)Enam buah pegas identik disusun sehingga terbentuk seperti gambar di bawah. Pegas kemudian digantungi beban bermassa M . 



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



Penjelasan Tambahan (Untuk Adek Isal):
2a) Pegas 1, pegas 2 dan pegas 3 disusun paralel, bisa diganti dengan satu buah pegas saja, namakan k123misalnya. 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 ktotal dengan rumus untuk susunan seri (pake seper-seper gt) seperti 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 Fp) yang arahnya ke atas. Benda dalam kondisi diam, sehingga gaya ke gaya berat besarnya harus sama dengan gaya pegas. Jadi Fp = W. Rumus Fp = kΔ x, sementara rumus W = mg. 

Perhatikan gambar berikut! Pegas-pegas dalam susunan adalah identik dan masing-masing memiliki konstanta sebesar 200 N/m. 

23)


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 ktot = 200 + 200 + 200 + 200 = 800 N/m

b) nilai total konstanta susunan pegas pada gambar 3b

 


24)Sebuah benda bermassa M = 1,90 kg diikat dengan pegas yang ditanam pada sebuah dinding seperti gambar dibawah! Benda M kemudian ditembak dengan peluru bermassa m = 0,10 kg.



Jika peluru tertahan di dalam balok dan balok bergerak ke kiri hingga berhenti sejauh x = 25 cm, tentukan kecepatan peluru dan balok saat mulai bergerak jika nilai konstanta pegas adalah 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 kemudian berhenti? Karena dilawan oleh gesekan pada lantai. Jadi persamaan untuk kasus ini adalah :



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

  

25)Perhatikan gambar berikut ini! 


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

Pembahasan 
a) nilai konsanta pegas



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

Sumber: fisika study center.com 

                 Sekolah bagi ilmu.blogspot.com


No comments:

Post a Comment