CHAPTER 1

ELASTICITY

While driving, you must have passed a speed bump on the road. Eits! The speed bump is not a police officer lying on the street. But, the addition of asphalt / cement installed transversely on the road in order to slow down the speed of the vehicle. Now, when you pass the speed bump, your vehicle will shake a little because of the influence of the height bump. Especially if there are many sleeping cops, then the distance is close together. Hmm ... Maybe it would be like this.

Saat sedang berkendara, kamu pasti pernah melewati polisi tidur di jalan. Eits! polisi tidur yang dimaksud bukan polisi yang sedang tiduran di jalan, ya. Tapi, tambahan aspal/semen yang dipasang melintang di jalan guna memperlambat kecepatan kendaraan. Nah, saat melewati polisi tidur, kendaraanmu akan sedikit berguncang karena pengaruh dari tinggi polisi tidur tersebut. Apalagi kalau polisi tidurnya ada banyak, terus jaraknya berdekatan. Hmm… Mungkin jadinya bakal kayak gini.

Fortunately, each vehicle has a tool that works to overcome any shocks that occur along the way. Shock absorbers or shock absorber cool name. Shock absorbers absorb each shock and turn it into an elastic movement.

Untungnya, setiap kendaraan memiliki alat yang berfungsi untuk mengatasi setiap guncangan yang terjadi di sepanjang perjalanan. Peredam kejut atau shock absorber nama kerennya. Peredam kejut akan menyerap setiap guncangan dan mengubahnya menjadi gerakan yang elastis.

You need to know, shock absorbers are very important for safety. Without this tool, your vehicle might bounce when passing through a speed bump or an uneven road surface. If you look at the picture above, the shape of the shock absorber looks like a spring. This is what causes it to be elastic. Uh, but, speaking of elastic problems, what is elastic anyway?

Perlu kamu ketahui, peredam kejut sangat penting untuk keselamatan. Tanpa adanya alat ini, bisa-bisa kendaraanmu akan terpental saat melewati polisi tidur atau jalan yang tidak rata permukaannya. Kalau kamu lihat gambar di atas, bentuk peredam kejut terlihat seperti pegas, ya. Hal ini yang menyebabkan sifatnya menjadi elastis. Eh, tapi, ngomong-ngomong masalah elastis, memangnya elastis itu apa, sih?

Look This Video

Okay, before, let's do a simple experiment. Try to look for two different types of objects, namely springs and toy candles (plasticine). Then, you pull the two objects in turn and see what happens?

Oke, sebelumnya, mari kita lakukan eksperimen sederhana. Coba kamu cari dua macam benda berbeda, yaitu pegas dan lilin mainan (plastisin). Kemudian, kamu tarik kedua benda tersebut secara bergantian dan lihat apa yang terjadi?

Pegas akan kembali ke bentuk semula setelah ditarik, sedangkan lilin mainan akan berubah ke bentuk yang baru, yaitu menjadi lebih panjang. Pasti itu jawabannya. Tapi, kenapa bisa begitu, ya?

Jadi gini, pada dasarnya, semua benda yang ada di bumi dapat mengalami perubahan bentuk (deformasi) apabila diberikan sejumlah gaya. Kemungkinannya seperti percobaan di atas tadi. Yap! Benda tersebut dapat kembali ke bentuk semula saat gaya yang diberikan dihilangkan atau benda tersebut berubah menjadi bentuk yang baru. Kalau gaya yang diberikan pada benda terlalu besar dan benda sudah melewati titik maksimalnya untuk meregang, bisa jadi benda tersebut akan hancur, lho!

The springs will return to their original shape after being pulled, while the toy candles will change to a new shape, which is to become longer. That must be the answer. But why is that? So like this, basically, all objects on earth can undergo deformation if given a number of forces. Chances are like the above experiment. Yep! The object can return to its original shape when the applied force is removed or the object changes into a new shape. If the force exerted on an object is too large and the object has passed its maximum point to stretch, it may be that the object will be destroyed, you know!

Pegas akan kembali ke bentuk semula setelah ditarik, sedangkan lilin mainan akan berubah ke bentuk yang baru, yaitu menjadi lebih panjang. Pasti itu jawabannya. Tapi, kenapa bisa begitu, ya?

Jadi gini, pada dasarnya, semua benda yang ada di bumi dapat mengalami perubahan bentuk (deformasi) apabila diberikan sejumlah gaya. Kemungkinannya seperti percobaan di atas tadi. Yap! Benda tersebut dapat kembali ke bentuk semula saat gaya yang diberikan dihilangkan atau benda tersebut berubah menjadi bentuk yang baru. Kalau gaya yang diberikan pada benda terlalu besar dan benda sudah melewati titik maksimalnya untuk meregang, bisa jadi benda tersebut akan hancur, lho!

Well, the ability possessed by an object to return to its original state when the force exerted on the object is removed is called elasticity or the object has elastic properties. Examples such as springs, rubber bands, springs, etc. Meanwhile, if the object does not have the ability to return to its original condition when the applied force is removed, then the object has plastic properties. Examples are plasticine, plastic, gum, clay, etc.

Nah, kemampuan yang dimiliki benda untuk kembali ke kondisi awalnya saat gaya yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan disebut elastisitas atau benda tersebut memiliki sifat yang elastis. Contohnya seperti pegas, karet gelang, per, dsb. Sementara itu, jika benda tidak memiliki kemampuan untuk kembali lagi ke kondisi awalnya saat gaya yang diberikan dihilangkan, maka benda tersebut memiliki sifat plastis. Contohnya adalah plastisin, plastik, permen karet, tanah liat, dsb.

See Hooke's Law experiment with the application via Phet

And tables to compare data

Thanks!

Any questions?

You can find me at:

+Wa grup 11 science class

Task 1 make a graph for this table! Collect your task at wa group.

TEGANGAN , REGANGAN , MODULUS YOUNG

TEGANGAN

Suatu benda elastis akan bertambah panjang sampai ukuran tertentu ketika ditarik oleh sebuah gaya. Besarnya tegangan pada sebuah benda adalah perbandingan antara gaya tarik yang berkerja benda terhadap luas penampang benda tersebut. Tegangan menunjukkan kekuatan gaya yang menyebabkan benda berubah bentuk. Tegangan dibedakan menjadi tiga macam yaitu regangan, mampatan dan geseran.

Misalnya, jika ada dua buah kawat dari bahan yang sama tetapi luas penampang berbeda dan diberi gaya, kedua kawat tersebut akan mengalami tegangan yang berbeda. Kawat dengan luas penampang yang lebih kecil akan mengalami tegangan yang lebih besar daripada kawat dengan luas penampang yang lebih besar. Tegangan pada benda diperhitungkan dalam menentukan jenis dan ukuran bahan penopang suatu beban contohnya ada jembatan gantung dan bangunan bertingkat.

1. Seutas tali memiliki diameter 2 cm ditarik dengan gaya 200 N. Tentukan tegangan tali tersebut!

Diketahui:

F = 200 N

d = 2 cm = 0,02 m

r = 1 cm = 0,01 m

Ditanya: σ ?

Jawab:

A = π r²

A= 3,14 x (0,01)² = 3,14 x 0,0001 = 0,000314 = 3,14 x 10^-4

ϑ = F/A

= 200 / (3,14 x 10^-4)

= 63,69 x 10⁴ N/m²

Regangan (Strain)

Regangan merupakan perubahan relatif ukuran atau bentuk suatu benda yang mengalami tegangan. Regangan dapat didefinisikan sebagai pebandingan antara pertambahan panjang benda terhadap panjang benda mula-mula. Selain itu regangan menjadi tolok ukur seberapa jauh benda tersebut berubah bentuk.

Selanjutnya mari kita kerjakan contoh soal regangan dibawah ini:

1. Seutas tali mempunyai panjang mula-mula 200 cm ditarik hingga tali tersebut mengalami pertambahan panjang 1 cm. Tentukan regangan tali tersebut!

Diketahui:

X = 200 cm = 2 m

ΔX = 1 cm = 0,01 m

Ditanya: ε ?

Jawab:

e = Δl / lo = 0,01 / 2 = 0,005

Modulus elastisitas

Definisi dari modulus young yaitu perbandingan antara tegangan dengan regangan. Rumusnya yaitu :

Modulus elastis = tegangan / regangan

Y = ϑ / e

Y = ( F . lo ) /( A / Δl )

See the following video and answer this question in

PERTEMUAN 3

CHAPTER 2

Tekanan Hidrostatis

Pernahkah kalian berenang di kolam yang cukup dalam? Semakin dalam posisi berenang, semakin sakit gendang telinga. Hal itu disebabkan oleh adanya tekanan hidrostatis, yaitu tekanan yang disebabkan oleh adanya berat fluida tak bergerak. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

P = 𝜌 g h

Keterangan:

P = tekanan hidrostatis (N/m²);

ρ = massa jenis fluida (kg/m³); dan

h = kedalaman (m).

Penjumlahan antara tekanan hidrostatis dan tekanan udara luar akan menghasilkan besaran baru yang disebut tekanan mutlak. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

P_T = P₀ + 𝜌 g h

Keterangan:

P_T = tekanan mutlak (Pa); dan

P₀ = tekanan atmosfer (Pa).

Hukum Utama Hidrostatis

Hukum utama hidrostatis adalah hukum yang berkaitan dengan persamaan tekanan saat fluida diletakkan di suatu bidang datar. Adapun pernyataan hukum utama hidrostatis adalah “semua titik yang terletak di suatu bidang datar di dalam fluida, akan memiliki tekanan yang sama”. Berikut ini contohnya.

Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

P_A = P_B

𝜌_A g h_A = 𝜌_B g h_B

𝜌_A h_A = 𝜌_B h_B

Keterangan:

P_A = tekanan di penampang A (N/m²);

P_B = tekanan di penampang B (N/m²);

𝜌_A = massa jenis fluida A (N/m³);

𝜌_B = massa jenis fluida B (N/m³);

h_A = tinggi fluida A (N/m3); dan

h_B = massa jenis fluida B (N/m³);

Buat mainan yuk!

HUKUM PASCAL

Hukum Pascal dinyatakan oleh seorang filsuf sekaligus ilmuwan Prancis, Blaise Pascal (1623-1662) menyatakan bahwa:

“Jika tekanan eksternal diberikan pada sistem tertutup, tekanan pada setiap titik pada fluida tersebut akan meningkat sebanding dengan tekanan eksternal yang diberikan.”

Hukum Pascal ini menggambarkan bahwa setiap kenaikan tekanan pada permukaan fluida, harus diteruskan ke segala arah fluida tersebut. Hukum pascal hanya dapat diterapkan pada fluida, umumnya fluida cair.

Rumus Hukum Pascal

Rumus hukum Pascal dalam sistem tertutup dapat disimpulkan dengan:

P _keluar = P _masuk

Agar lebih simpel, formula diatas ditulis dengan P ₁ = P ₂

Seperti yang sudah kita tahu bahwa tekanan adalah gaya dibagi besar luasan penampangnya (P = F/A), maka persamaan diatas dapat ditulis kembali sebagai berikut:

F₂ / A₂ = F₁ / A₁

Besarnya keuntungan mekanis dari sistem fluida/hidrolik yang menggunakan hukum Pascal dapat diketahui dari rasio gaya yang keluar dibagi gaya yang diberikan.

Keuntungan mekanis = F₂ / F₁

Karena luasan penampang berbanding lurus dengan gaya, maka keuntungan mekanis juga dapat langsung diketahui dari rasio kedua luasan penampang.

Perhatikan gambar mekanisme hidrolik diatas. Karena cairan tidak dapat ditambahkan ataupun keluar dari sistem tertutup, maka volume cairan yang terdorong di sebelah kiri akan mendorong piston (silinder pejal) di sebelah kanan ke arah atas. Piston di sebelah kiri bergerak ke bawah sejauh h₁ dan piston sebelah kanan bergerak ke atas sejauh h₂. Sesuai hukum Pascal, maka:

A₂ . h₂ = A₁ . h₁

Penerapan Hukum Pascal

Hukum Pascal banyak diterapkan untuk memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu contoh yang paling sederhana adalah pengungkit hidrolik. Pada pengungkit hidrolik, sedikit gaya masuk yang diberikan digunakan untuk menghasilkan gaya keluar yang lebih besar dengan cara membuat luasan piston bagian luar lebih besar daripada luasan piston bagian dalam. Dengan cara ini, keuntungan mekanis yang didapatkan akan berlipat ganda tergantung rasio perbedaan luasan piston. Sebagai contoh, jika luasan piston luar 20 kali lebih besar daripada piston bagian dalam, maka gaya yang keluar dikalikan dengan faktor 20; sehingga jika gaya yang diberikan setara dengan 100 kg, maka dapat mengangkat mobil hingga seberat 2000 kg atau 2 ton.

Contoh lainnya adalah rem hidrolik pada mobil seperti yang dapat dilihat pada gambar dibawah. Ketika pengemudi menginjak pedal rem, tekanan pada silinder utama akan meningkat. Kenaikan tekanan ini akan diteruskan keseluruh bagian fluida di sepanjang sistem hidrolik sehingga silinder rem akan mendorong kanvas rem terhadap cakramyang menempel pada roda mobil. Akibat gesekan antara kanvas rem dengan cakram akan menyebabkan laju mobil berkurang. Rem hidrolik seperti ini biasa disebut rem cakram dan digunakan pula di sepeda motor. Fluida yang digunakan sebagai media penyalur tekanan adalah oli.

Dapat dikatakan bahwa semua sistem hidrolik menggunakan hukum Pascal. Sistem hidrolik dipakai di seluruh kendaraan berat, mesin pengangkut, pabrik-pabrik, dan semua peralatan yang membutuhkan gaya yang besar menggunakan sistem hidrolik karena keuntungan mekanisnya yang cukup tinggi dan sistem kerjanya yang sederhana.

Contoh Soal Hukum Pascal

Contoh Soal 1

Sebuah pengungkit hidrolik digunakan untuk mengangkat mobil. Udara bertekanan tinggi digunakan untuk menekan piston kecil yang memiliki jari-jari 5 cm. Takanan yang diterima diteruskan oleh cairan didalam sistem tertutup ke piston besar yang memiliki jari-jari 15 cm. Berapa besar gaya yang harus diberikan udara bertekan tinggi untuk mengangkat mobil yang memiliki berat sebesar 13.300 N? Berapa tekanan yang dihasilkan oleh udara bertekanan tinggi tersebut?

Pembahasan:

Dengan menggunakan rumus hukum Pascal dapat dicari nilai gaya yang diperlukan:

Contoh Soal 2

Sebuah pengungkit hidrolik memiliki piston masuk (utama) dengan diameter 1 cm dan silinder luar dengan diameter 6 cm. Tentukan gaya yang dikeluarkan oleh silinder luar ketika diberikan gaya sebesar 10 N pada silinder masuk. Jika piston masuk bergerak sejauh 4 cm, seberapa jauh piston luar bergerak?

HUKUM ARCHIMEDES

Bunyi Hukum Archimedes

Hukum Archimedes adalah hukum yang menyatakan bahwa setiap benda yang tercelup baik keseluruhan maupun sebagian dalam fluida, maka benda tersebut akan menerima dorongan gaya ke atas (atau gaya apung). Besarnya gaya apung yang diterima, nilainya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh benda tersebut (berat = massa benda x percepatan gravitasi) dan memiliki arah gaya yang bertolak belakang (arah gaya berat kebawah, arah gaya apung ke atas).

Jika benda memiliki berat kurang dari berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan mengapung (berat benda < gaya apung atau ρ_benda > ρ_air ). Jika benda memiliki berat lebih dari berat air yang dipindahkannya, maka benda tersebut akan tenggelam ( berat benda > gaya apung atau ρ_benda > ρ_air)

Dan benda akan melayang, jika beratnya sama dengan berat air yang dipindahkan (berat benda = gaya apung), yang berarti massa jenis benda sama dengan massa jenis air (ρ_benda = ρ_air).

Rumus Hukum Archimedes

Sesuai dengan bunyi hukum Archimedes di atas, maka besarnya gaya apung (B) dapat dihitung dengan rumus hukum archimedes:

Dimana adalah massa jenis air, adalah gravitasi bumi (10 m/s²), adalah volume air yang dipindahkan oleh benda yang tercelup.

Besarnya gaya apung (B), dapat pula langsung dicari dengan formula berikut:

_{B =} ρ_{air x g x V air yang dipindahkan}

Dimana adalah ρ_air massa jenis air, g adalah gravitasi bumi (10 m/s²), _{V air yang dipindahkan} adalah volume air yang dipindahkan oleh benda yang tercelup.

Besarnya gaya apung (B), dapat pula langsung dicari dengan formula berikut:

B = m_{air yang dipindahkan} x g

B = w_{air yang dipindahkan}

Dimana, m_{air yang dipindahkan} adalah berat air yang dipindahkan benda yang tercelup. Berarti, semakin banyak volume yang tercelup atau semakin banyak air yang dipindahkan, maka benda akan mendapat gaya apung yang semakin besar.

Untuk benda yang tercelup seluruhnya, hukum Archimedes dapat diformulasikan sebagai berikut:

w_{benda tercelup} = w _benda – w_{air yang dipindahkan}

B = w_benda – w_{benda tercelup}

Dimana w merupakan berat (berat = massa x percepatan gravitasi). Perhatikan gambar dibawah, pada saat ditimbang, benda memiliki massa sebesar 5 kg. Kemudian, benda tersebut dicelupkan ke air seluruhnya sehingga memindahkan air sebanyak 2 kg. Maka, berat benda yang tercelup akan berubah menjadi: 50 Newton – 20 Newton = 30 Newton. Jadi, pada saat benda tercelup di air, massa benda akan menjadi lebih ringan akibat gaya apung yang diterima benda. Itulah mengapa pada saat kita berenang, badan kita terasa lebih ringan didalam air dibanding di luar air.

Dari rumus hukum Archimedes di atas, diketahui hubungan massa jenis benda dengan massa jenis air:

Penerapan Hukum Archimedes

Hukum Archimedes dapat menjelaskan mengapa suatu benda yang tercelup di air dapat melayang, mengapung, dan tenggelam. Penerapan hukum Archimedes ini diantaranya adalah perancangan kapal laut, bangunan lepas pantai (offshore), hingga kapal selam. Selain gaya apung, hukum Archimedes juga dipakai untuk menentukan massa jenis suatu benda padat, serta diterapkan pada stabilitas hidrostatik kapal yang mengapung di permukaan air.

Hukum Archimedes diterapkan pada kapal selam. Kapal selam merupakan kapal yang dapat mengubah-ubah massa jenisnya agar dapat menyelam, melayang dan mengapung di permukaan air. Untuk mengubah massa jenisnya, kapal selam menambahkan massa atau mengurangi massanya dengan cara memasukkan air atau mengeluarkan air. Agar dapat menyelam, kapal selam memasukkan air sehingga massa kapal bertambah besar, begitu pula sebaliknya jika kapal selam ingin kembali muncul ke permukaan. Prinsip kapal selam dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Tentang Archimedes

Archimedes adalah seorang matematikawan, ilmuwan, insinyur, penemu, dan astronomer dari Yunani yang diperkirakan hidup sekitar 287 hingga 212 sebelum Masehi. Kisahnya yang paling terkenal adalah ketika ia menemukan satu metode untuk menentukan volume suatu objek yang memiliki bentuk yang tidak rata (irregular). Alkisah sebuah mahkota untuk Raja Hiero II dipesan oleh sang raja dengan bahan baku yang disuplai dari sang raja yakni emas murni. Setelah mahkota emas tersebut telah dibuat dan dipersembahkan kepada raja, namun sang raja menduga adanya kecurangan yang dilakukan oleh si pembuat mahkota. Oleh karena itu, Archimedes diperintahkan oleh raja untuk menentukan apakah mahkota tersebut terbuat seluruhnya dari emas murni atau dipalsukan dengan mengganti bahan bakunya menjadi perak seperti dugaan raja.

Archimedes harus memecahkan masalah tersebut tanpa harus merusak mahkota raja tersebut yang berarti ia tidak boleh mencairkan mahkota tersebut untuk kemudian dicetak menjadi bentuk yang rata agar dapat dihitung massa jenisnya. Ketika ia sedang berendam di bak mandinya, dia menyadari bahwa ketinggian air pada bak mandi bertambah seiring ia masuk ke dalam air. Iapun menyadari bahwa efek ini dapat digunakan untuk menentukan volume mahkota raja (yang kita sebut dengan hukum Archimedes).

Air dianggap fluida yang tidak mampu mampat, jadi mahkota yang dicelupkan ke air akan memindahkan volume air sebanyak volume mahkota tersebut. Dengan membagi massa mahkota dengan volume air yang dipindahkan maka didapatkan massa jenis mahkota (massa jenis emas lebih berat dari massa jenis perak, dan nilanya telah diketahui). Saking gembiranya mengetahui hal ini, Archimedes kemudian berlari dari bak mandinya dengan keadaan telanjang sambil meneriakkan “Eureka!” (dari bahasa Yunani yang berarti “Aku telah menemukannya”). Hasil tes sesungguhnya dari mahkota raja telah menunjukkan bahwa mahkota emas tersebut telah dicampur dengan perak.

Contoh Soal Hukum Archimedes

Archimedes diperintahkan untuk menyelidiki apakah mahkota raja terbuat dari emas murni. Ia menimbang mahkota tersebut dan pembacaan menunjukkan berat mahkota sebesar 8 N. Lalu, mahkota tersebut ditimbang sambil dicelupkan ke air dan pembacaan menunjukkan berat mahkota yang tercelup sebesar 7 N. Apa yang harus dikatakan Archimedes kepada raja? (ρ_air = 1.00 kg /m³ dan ρ_emas = 19.300 kg/m³)

Solusi:

Pertama-tama, perlu diketahui besar gaya apung yang diterima mahkota tersebut:

Jadi, massa jenis mahkota raja didapat sebesar dimana jika mahkota tersebut terbuat dari emas murni seharusnya memiliki massa jenis sebesar 19300 kg/m^3.. Oleh karena itu, Archimedes harus memberitahukan kepada raja bahwa mahkota tersebut tidak terbuat dari emas murni.

Sifat - sifat Fluida