soal fisika elastisitas
Selamat datang di kumpulan soal fisika elastisitas! Artikel ini dirancang khusus untuk membantu Anda memahami dan menguasai konsep-konsep penting dalam materi elastisitas, yang merupakan bagian fundamental dari mekanika benda padat dalam fisika. Elastisitas membahas bagaimana benda padat merespons gaya yang bekerja padanya, apakah benda tersebut kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan, atau mengalami deformasi permanen. Anda akan menemukan berbagai jenis soal, mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan, yang mencakup topik-topik seperti tegangan (stress), regangan (strain), modulus Young (modulus elastisitas), serta Hukum Hooke. Soal-soal ini tidak hanya menguji pemahaman teoritis Anda, tetapi juga kemampuan Anda dalam menerapkan rumus dan konsep fisika untuk memecahkan masalah praktis. Persiapkan diri Anda untuk mengasah kemampuan analitis dan pemecahan masalah Anda. Mari kita mulai!
Pilihan Ganda
-
Yang dimaksud dengan tegangan (stress) pada suatu benda adalah…
- Perubahan panjang benda per satuan panjang awal.
- Gaya yang bekerja pada benda per satuan luas penampang.
- Perbandingan antara tegangan dan regangan.
- Gaya total yang bekerja pada benda.
- Batas elastisitas suatu benda.
-
Satuan SI untuk tegangan (stress) adalah…
- A. Newton (N)B. Meter (m)C. Pascal (Pa)D. Joule (J)E. Watt (W)
-
Regangan (strain) didefinisikan sebagai…
- Gaya per satuan luas.
- Perubahan luas per satuan luas awal.
- Perubahan panjang per satuan panjang awal.
- Perubahan volume per satuan volume awal.
- Modulus elastisitas suatu benda.
-
Mana di antara pernyataan berikut yang benar mengenai regangan?
- Regangan memiliki satuan Newton.
- Regangan adalah besaran vektor.
- Regangan adalah besaran tak berdimensi.
- Regangan berbanding lurus dengan gaya.
- Regangan berbanding terbalik dengan luas penampang.
-
Modulus Young (modulus elastisitas) didefinisikan sebagai perbandingan antara…
- Gaya dan perubahan panjang.
- Tegangan dan regangan.
- Massa dan volume.
- Panjang awal dan perubahan panjang.
- Luas penampang dan gaya.
-
Sebuah kawat dengan luas penampang 2 mm² ditarik dengan gaya 10 N. Berapakah tegangan yang dialami kawat tersebut?
- 5 x 10⁶ Pa
- 5 x 10⁷ Pa
- 5 x 10⁸ Pa
- 2 x 10⁷ Pa
- 2 x 10⁸ Pa
-
Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 100 N/m. Jika pegas ditarik dengan gaya 20 N, berapakah pertambahan panjang pegas?
- 0,1 m
- 0,2 m
- 0,5 m
- 1,0 m
- 2,0 m
-
Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya yang diperlukan untuk meregangkan atau menekan suatu pegas berbanding lurus dengan…
- Luas penampang pegas.
- Massa pegas.
- Pertambahan panjang atau penekanan pegas.
- Panjang awal pegas.
- Modulus Young pegas.
-
Batas elastisitas adalah…
- Titik di mana benda putus.
- Titik di mana benda mulai kembali ke bentuk semula.
- Gaya maksimum yang dapat ditahan benda sebelum putus.
- Titik di mana benda tidak dapat kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan.
- Titik di mana tegangan dan regangan berbanding lurus.
-
Grafik hubungan antara tegangan (sumbu Y) dan regangan (sumbu X) untuk bahan elastis ideal berbentuk…
- Parabola.
- Lingkaran.
- Garis lurus yang melalui titik asal.
- Kurva eksponensial.
- Hiperbola.
-
Jika sebuah kawat memiliki modulus Young yang besar, ini berarti kawat tersebut…
- Sangat mudah diregangkan.
- Sangat sulit diregangkan.
- Memiliki massa jenis yang besar.
- Memiliki titik leleh yang rendah.
- Tidak dapat menghantarkan listrik.
-
Sebuah kawat baja memiliki panjang 2 m dan luas penampang 4 mm². Jika modulus Young baja adalah 2 x 10¹¹ Pa, berapakah konstanta pegas efektif kawat tersebut?
- 4 x 10⁴ N/m
- 2 x 10⁵ N/m
- 4 x 10⁵ N/m
- 2 x 10⁶ N/m
- 4 x 10⁶ N/m
-
Energi potensial elastis yang tersimpan dalam sebuah pegas dirumuskan sebagai…
- Eₚ = kx
- Eₚ = ¹/₂ kx
- Eₚ = ¹/₂ kx²
- Eₚ = kx²
- Eₚ = mgh
-
Dua pegas identik dengan konstanta pegas k disusun secara seri. Konstanta pegas penggantinya adalah…
- k
- 2k
- ¹/₂ k
- k²
- k/4
-
Dua pegas identik dengan konstanta pegas k disusun secara paralel. Konstanta pegas penggantinya adalah…
- k
- 2k
- ¹/₂ k
- k²
- k/4
-
Pernyataan yang benar mengenai bahan getas (brittle) adalah…
- Mengalami deformasi plastis yang besar sebelum patah.
- Memiliki modulus Young yang rendah.
- Mudah patah tanpa mengalami banyak perubahan bentuk.
- Tidak memiliki batas elastisitas.
- Cocok untuk membuat per.
-
Sebuah batang logam panjangnya 1 m, luas penampangnya 1 cm². Diberi beban 100 N sehingga bertambah panjang 0,1 mm. Berapakah modulus Young batang logam tersebut?
- 1 x 10¹⁰ Pa
- 1 x 10¹¹ Pa
- 1 x 10¹² Pa
- 1 x 10¹³ Pa
- 1 x 10¹⁴ Pa
-
Dalam Hukum Hooke, F = kx, k adalah…
- Gaya
- Perubahan panjang
- Konstanta pegas
- Massa benda
- Percepatan gravitasi
-
Yang bukan merupakan contoh aplikasi konsep elastisitas dalam kehidupan sehari-hari adalah…
- Per pada kendaraan bermotor.
- Tali busur panah.
- Jembatan gantung.
- Termometer.
- Trampolin.
-
Sebuah kawat memiliki panjang awal L₀ dan luas penampang A. Ketika ditarik dengan gaya F, kawat bertambah panjang ΔL. Modulus Young kawat tersebut adalah…
- (F . A) / (ΔL . L₀)
- (F . ΔL) / (A . L₀)
- (F . L₀) / (A . ΔL)
- (A . ΔL) / (F . L₀)
- (A . L₀) / (F . ΔL)
Isian Singkat
- Perbandingan antara tegangan dan regangan disebut ____________________.
- Gaya yang bekerja pada benda per satuan luas penampang disebut ____________________.
- Satuan dari konstanta pegas (k) dalam SI adalah ____________________.
- Jika sebuah kawat ditarik melebihi batas elastisitasnya, kawat tersebut akan mengalami deformasi ____________________.
- Energi potensial elastis yang tersimpan dalam pegas sebanding dengan kuadrat ____________________ pegas.
Uraian
-
Jelaskan perbedaan antara tegangan (stress) dan regangan (strain) dalam konteks elastisitas bahan. Berikan contoh satuannya masing-masing.
-
Sebuah kawat tembaga memiliki panjang 4 m dan luas penampang 2 mm². Kawat tersebut digantungi beban 20 kg. Jika modulus Young tembaga adalah 1,1 x 10¹¹ Pa dan g = 10 m/s², hitunglah:
- Tegangan yang dialami kawat.
- Regangan yang dialami kawat.
- Pertambahan panjang kawat.
-
Bagaimana bunyi Hukum Hooke? Apa syarat agar Hukum Hooke berlaku pada suatu benda?
-
Dua buah pegas dengan konstanta k₁ = 200 N/m dan k₂ = 300 N/m disusun secara paralel. Kemudian, rangkaian pegas ini digantungi beban 5 kg. Hitunglah pertambahan panjang total rangkaian pegas tersebut! (g = 10 m/s²)
-
Jelaskan konsep batas elastisitas dan titik patah pada kurva tegangan-regangan. Apa implikasi praktis dari kedua titik tersebut dalam pemilihan material?
Menjodohkan
Jodohkan istilah di Kolom A dengan definisi atau konsep yang sesuai di Kolom B.
- Kolom A
- Modulus Young
- Hukum Hooke
- Tegangan
- Regangan
- Batas Elastisitas
- Kolom B
- Perbandingan tegangan dan regangan.
- Gaya per satuan luas.
- Deformasi per satuan panjang awal.
- Gaya sebanding dengan pertambahan panjang.
- Titik di mana benda tidak dapat kembali ke bentuk semula.
Kunci Jawaban
Pilihan Ganda
- Jawaban: B
Penjelasan: Tegangan (stress) didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan per satuan luas penampang permukaan tersebut (σ = F/A).
- Jawaban: C
Penjelasan: Satuan SI untuk tegangan adalah Pascal (Pa), yang setara dengan N/m².
- Jawaban: C
Penjelasan: Regangan (strain) didefinisikan sebagai perbandingan antara perubahan panjang (ΔL) dan panjang awal (L₀) benda (ε = ΔL/L₀).
- Jawaban: C
Penjelasan: Regangan adalah perbandingan dua besaran panjang, sehingga tidak memiliki satuan dan merupakan besaran tak berdimensi.
- Jawaban: B
Penjelasan: Modulus Young (E) adalah ukuran kekakuan suatu bahan, didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan (σ) dan regangan (ε) (E = σ/ε).
- Jawaban: B
Penjelasan: Luas penampang A = 2 mm² = 2 x 10⁻⁶ m². Gaya F = 10 N. Tegangan σ = F/A = 10 N / (2 x 10⁻⁶ m²) = 5 x 10⁶ N/m² = 5 x 10⁶ Pa.
- Jawaban: B
Penjelasan: Menggunakan Hukum Hooke F = kx. Maka x = F/k = 20 N / 100 N/m = 0,2 m.
- Jawaban: C
Penjelasan: Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya (F) yang bekerja pada pegas sebanding dengan pertambahan panjang (x) pegas, F = kx.
- Jawaban: D
Penjelasan: Batas elastisitas adalah titik maksimum tegangan yang dapat ditahan oleh suatu bahan sebelum mengalami deformasi plastis (permanen) ketika beban dihilangkan.
- Jawaban: C
Penjelasan: Untuk bahan elastis ideal yang mematuhi Hukum Hooke, hubungan antara tegangan dan regangan adalah linier, membentuk garis lurus yang melalui titik asal (0,0).
- Jawaban: B
Penjelasan: Modulus Young yang besar menunjukkan bahwa bahan tersebut memerlukan tegangan yang sangat besar untuk menghasilkan regangan yang kecil, artinya bahan tersebut sangat kaku dan sulit diregangkan.
- Jawaban: C
Penjelasan: Konstanta pegas efektif k = (E . A) / L₀. E = 2 x 10¹¹ Pa, A = 4 mm² = 4 x 10⁻⁶ m², L₀ = 2 m. k = (2 x 10¹¹ N/m² . 4 x 10⁻⁶ m²) / 2 m = (8 x 10⁵) / 2 N/m = 4 x 10⁵ N/m.
- Jawaban: C
Penjelasan: Energi potensial elastis (Eₚ) yang tersimpan dalam pegas dirumuskan sebagai Eₚ = ¹/₂ kx², di mana k adalah konstanta pegas dan x adalah pertambahan panjang pegas.
- Jawaban: C
Penjelasan: Untuk pegas yang disusun seri, konstanta pegas pengganti (k_seri) dihitung dengan 1/k_seri = 1/k₁ + 1/k₂. Jika k₁ = k₂ = k, maka 1/k_seri = 1/k + 1/k = 2/k, sehingga k_seri = ¹/₂ k.
- Jawaban: B
Penjelasan: Untuk pegas yang disusun paralel, konstanta pegas pengganti (k_paralel) dihitung dengan k_paralel = k₁ + k₂. Jika k₁ = k₂ = k, maka k_paralel = k + k = 2k.
- Jawaban: C
Penjelasan: Bahan getas adalah bahan yang cenderung patah dengan sedikit atau tanpa deformasi plastis. Contohnya keramik atau kaca.
- Jawaban: B
Penjelasan: L₀ = 1 m, A = 1 cm² = 1 x 10⁻⁴ m², F = 100 N, ΔL = 0,1 mm = 1 x 10⁻⁴ m. E = (F . L₀) / (A . ΔL) = (100 N . 1 m) / (1 x 10⁻⁴ m² . 1 x 10⁻⁴ m) = 100 / 1 x 10⁻⁸ = 1 x 10¹⁰ N/m² = 1 x 10¹¹ Pa.
- Jawaban: C
Penjelasan: Dalam Hukum Hooke F = kx, k adalah konstanta pegas, yang menunjukkan kekakuan pegas.
- Jawaban: D
Penjelasan: Termometer bekerja berdasarkan prinsip pemuaian (perubahan volume akibat suhu), bukan elastisitas.
- Jawaban: C
Penjelasan: Modulus Young E = Tegangan / Regangan = (F/A) / (ΔL/L₀) = (F . L₀) / (A . ΔL).
Isian Singkat
- Jawaban: Modulus Young (Modulus Elastisitas)
- Jawaban: Tegangan (Stress)
- Jawaban: Newton per meter (N/m)
- Jawaban: Plastis (permanen)
- Jawaban: Pertambahan panjang (atau penekanan)
Uraian
-
Jawaban:
- Tegangan (Stress): Adalah besarnya gaya yang bekerja per satuan luas penampang benda. Ini mengukur seberapa besar gaya internal yang dialami material akibat gaya eksternal. Satuan SI-nya adalah Pascal (Pa) atau N/m².
- Regangan (Strain): Adalah perbandingan antara perubahan panjang (atau dimensi lain) benda terhadap panjang (atau dimensi) awalnya. Ini mengukur seberapa besar deformasi relatif yang dialami material. Regangan tidak memiliki satuan (tak berdimensi) karena merupakan perbandingan dua besaran dengan satuan yang sama.
-
Jawaban:
Diketahui: L₀ = 4 m, A = 2 mm² = 2 x 10⁻⁶ m², m = 20 kg, E = 1,1 x 10¹¹ Pa, g = 10 m/s².
-
Tegangan (σ):
Gaya F = m . g = 20 kg . 10 m/s² = 200 N.
σ = F/A = 200 N / (2 x 10⁻⁶ m²) = 1 x 10⁸ Pa.
-
Regangan (ε):
ε = σ/E = (1 x 10⁸ Pa) / (1,1 x 10¹¹ Pa) = 0,909 x 10⁻³ = 9,09 x 10⁻⁴.
-
Pertambahan panjang (ΔL):
ΔL = ε . L₀ = (9,09 x 10⁻⁴) . 4 m = 3,636 x 10⁻³ m = 3,636 mm.
-
-
Jawaban:
-
Bunyi Hukum Hooke: “Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastisitas pegas, pertambahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya tarik yang diberikan.” Secara matematis, F = kx, di mana F adalah gaya, k adalah konstanta pegas, dan x adalah pertambahan panjang.
-
Syarat berlakunya Hukum Hooke: Hukum Hooke hanya berlaku selama deformasi yang terjadi masih dalam batas elastisitas bahan. Jika gaya yang diberikan melebihi batas elastisitas, bahan akan mengalami deformasi plastis dan tidak akan kembali ke bentuk semula, sehingga Hukum Hooke tidak lagi berlaku.
-
-
Jawaban:
Diketahui: k₁ = 200 N/m, k₂ = 300 N/m, m = 5 kg, g = 10 m/s².
Pegas disusun paralel, maka konstanta pegas pengganti (k_paralel) = k₁ + k₂ = 200 N/m + 300 N/m = 500 N/m.
Gaya yang bekerja (F) = m . g = 5 kg . 10 m/s² = 50 N.
Menggunakan Hukum Hooke: F = k_paralel . Δx.
Δx = F / k_paralel = 50 N / 500 N/m = 0,1 m.
Jadi, pertambahan panjang total rangkaian pegas adalah 0,1 meter.
-
Jawaban:
-
Batas Elastisitas: Adalah tegangan maksimum yang dapat diterapkan pada suatu material sebelum material tersebut mengalami deformasi permanen (plastis). Jika tegangan dihilangkan sebelum batas ini, material akan kembali ke bentuk dan ukuran aslinya. Melebihi batas ini berarti material telah mengalami perubahan bentuk yang tidak dapat kembali sepenuhnya.
-
Titik Patah (Fracture Point): Adalah titik pada kurva tegangan-regangan di mana material akhirnya putus atau patah. Ini adalah tegangan tertinggi yang dapat ditahan material sebelum kegagalan struktural total.
-
Implikasi Praktis: Dalam pemilihan material, insinyur harus memastikan bahwa tegangan yang akan dialami komponen dalam penggunaannya tidak melebihi batas elastisitas. Jika melebihi batas elastisitas, komponen akan mengalami deformasi permanen, yang dapat menyebabkan kegagalan fungsi. Selain itu, material harus memiliki kekuatan tarik yang cukup (yaitu, titik patah yang tinggi) untuk menahan beban maksimum yang mungkin terjadi tanpa putus. Memahami kedua titik ini penting untuk desain struktur yang aman dan tahan lama.
-
Menjodohkan
- Modulus Young – Perbandingan tegangan dan regangan.
- Hukum Hooke – Gaya sebanding dengan pertambahan panjang.
- Tegangan – Gaya per satuan luas.
- Regangan – Deformasi per satuan panjang awal.
- Batas Elastisitas – Titik di mana benda tidak dapat kembali ke bentuk semula.