Kumpulan Soal Fisika Regangan (Strain) Terlengkap: Pilihan Ganda, Esai, dan Latihan

A. Pilihan Ganda

1. Apa definisi dari regangan dalam fisika?
   • Gaya yang bekerja pada suatu benda per satuan luas penampang.
   • Perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang awal benda.
   • Kemampuan benda untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan.
   • Gaya yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu benda.
   Jawaban: Perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang awal benda.
   Penjelasan: Regangan (strain) didefinisikan sebagai perubahan panjang (ΔL) dibagi dengan panjang awal (L₀) dari suatu benda.
2. Apa satuan dari regangan?
   • Newton per meter persegi (N/m²).
   • Pascal (Pa).
   • Joule (J).
   • Tidak memiliki satuan (tak berdimensi).
   Jawaban: Tidak memiliki satuan (tak berdimensi).
   Penjelasan: Regangan adalah rasio antara dua besaran dengan satuan yang sama (misalnya, meter/meter), sehingga satuannya saling meniadakan dan regangan menjadi besaran tak berdimensi.
3. Rumus yang tepat untuk menghitung regangan adalah…
   • σ = F / A
   • E = σ / ε
   • ε = ΔL / L₀
   • F = k * x
   Jawaban: ε = ΔL / L₀
   Penjelasan: Rumus regangan (ε) adalah perubahan panjang (ΔL) dibagi dengan panjang awal (L₀).
4. Konstanta perbandingan antara tegangan dan regangan pada suatu bahan disebut…
   • Modulus Geser.
   • Modulus Bulk.
   • Modulus Young.
   • Konstanta Pegas.
   Jawaban: Modulus Young.
   Penjelasan: Rasio antara tegangan dan regangan dalam batas elastisitas disebut Modulus Young atau Modulus Elastisitas.
5. Seutas kawat dengan panjang awal 5 meter mengalami pertambahan panjang 2 cm setelah ditarik. Berapakah regangan yang dialami kawat tersebut?
   • 0,4
   • 0,04
   • 4 × 10⁻³
   • 4 × 10⁻⁴
   Jawaban: 4 × 10⁻³
   Penjelasan: Diketahui: ΔL = 2 cm = 0,02 m, L₀ = 5 m. Regangan ε = ΔL / L₀ = 0,02 m / 5 m = 0,004 = 4 × 10⁻³.
6. Sifat elastisitas suatu benda berarti…
   • Benda akan patah jika ditarik terlalu kuat.
   • Benda dapat kembali ke bentuk semula jika gaya yang bekerja dihilangkan.
   • Benda akan mengalami deformasi permanen setelah gaya dihilangkan.
   • Benda tidak akan mengalami perubahan bentuk meski diberi gaya.
   Jawaban: Benda dapat kembali ke bentuk semula jika gaya yang bekerja dihilangkan.
   Penjelasan: Elastisitas adalah sifat bahan yang memungkinkannya kembali ke bentuk aslinya setelah deformasi, asalkan gaya yang bekerja tidak melebihi batas elastisitasnya.
7. Gaya yang bekerja pada suatu benda per satuan luas penampang disebut…
   • Regangan
   • Elastisitas
   • Modulus Young
   • Tegangan
   Jawaban: Tegangan
   Penjelasan: Gaya per satuan luas penampang adalah definisi dari tegangan (stress).
8. Bagaimana hubungan antara Modulus Young dengan kekakuan suatu material?
   • Semakin besar Modulus Young, semakin lentur material tersebut.
   • Semakin besar Modulus Young, semakin mudah material tersebut patah.
   • Semakin besar Modulus Young, semakin kaku material tersebut.
   • Modulus Young tidak berhubungan dengan kekakuan material.
   Jawaban: Semakin besar Modulus Young, semakin kaku material tersebut.
   Penjelasan: Modulus Young menunjukkan kekakuan material. Material dengan Modulus Young besar berarti membutuhkan tegangan yang sangat besar untuk menghasilkan regangan kecil, yang menunjukkan material tersebut kaku.
9. Sebatang baja dengan panjang 200 cm ditarik sehingga panjangnya menjadi 200,4 cm. Berapakah regangan yang dialami batang baja tersebut?
   • 0,0002
   • 0,002
   • 0,02
   • 0,2
   Jawaban: 0,002
   Penjelasan: Diketahui: L₀ = 200 cm = 2 m, ΔL = 0,4 cm = 0,004 m. Regangan ε = ΔL / L₀ = 0,004 m / 2 m = 0,002.
10. Satuan internasional untuk tegangan adalah…
    • N/m² atau Pascal.
    • Tanpa satuan.
    • Joule.
    • Newton (N).
    Jawaban: N/m² atau Pascal.
    Penjelasan: Tegangan (stress) adalah gaya per luas, sehingga satuannya Newton per meter persegi (N/m²) atau Pascal (Pa).
11. Pernyataan yang benar mengenai Hukum Hooke adalah…
    • Tegangan berbanding lurus dengan regangan selama tidak melebihi batas elastisitas.
    • Tegangan berbanding terbalik dengan regangan.
    • Regangan tidak dipengaruhi oleh tegangan.
    • Tegangan hanya bergantung pada jenis material, bukan regangan.
    Jawaban: Tegangan berbanding lurus dengan regangan selama tidak melebihi batas elastisitas.
    Penjelasan: Hukum Hooke menyatakan bahwa dalam batas elastisitas, tegangan sebanding dengan regangan.
12. Seutas tali memiliki panjang awal 2 meter. Jika tali tersebut mengalami regangan sebesar 0,005, berapakah pertambahan panjang tali tersebut?
    • 0,001 m
    • 0,005 m
    • 0,01 m
    • 0,1 m
    Jawaban: 0,01 m
    Penjelasan: Diketahui: L₀ = 2 m, ε = 0,005. Pertambahan panjang ΔL = ε * L₀ = 0,005 * 2 m = 0,01 m.
13. Apa yang terjadi jika suatu material ditarik melampaui batas elastisitasnya?
    • Hukum Hooke tidak berlaku lagi.
    • Material akan mengalami deformasi permanen.
    • Material akan kehilangan sifat elastisnya.
    • Semua jawaban benar.
    Jawaban: Semua jawaban benar.
    Penjelasan: Batas elastisitas adalah titik di mana material mulai mengalami deformasi permanen. Melewati titik ini berarti material tidak akan kembali ke bentuk semula, dan Hukum Hooke tidak lagi berlaku sempurna.
14. Material berikut yang paling menunjukkan sifat elastisitas yang tinggi adalah…
    • Baja.
    • Kaca.
    • Besi cor.
    • Karet.
    Jawaban: Karet.
    Penjelasan: Karet dikenal memiliki elastisitas yang tinggi, artinya dapat mengalami regangan besar dan kembali ke bentuk semula.
15. Sebuah pegas memiliki panjang 10 cm. Ketika ditarik, panjangnya menjadi 11 cm. Hitunglah regangan yang dialami pegas tersebut.
    • ε = 0,01
    • ε = 0,1
    • ε = 1
    • ε = 10
    Jawaban: ε = 0,1
    Penjelasan: Panjang awal L₀ = 10 cm, panjang akhir L = 11 cm. Perubahan panjang ΔL = L – L₀ = 11 cm – 10 cm = 1 cm. Regangan ε = ΔL / L₀ = 1 cm / 10 cm = 0,1.
16. Fungsi utama dari besaran regangan adalah untuk…
    • Mengukur kekuatan material.
    • Mengukur kekerasan material.
    • Mengukur perubahan bentuk material.
    • Mengukur massa jenis material.
    Jawaban: Mengukur perubahan bentuk material.
    Penjelasan: Regangan secara langsung berkaitan dengan seberapa banyak suatu material berubah bentuk (memanjang, memendek, atau bergeser) relatif terhadap dimensi aslinya.
17. Contoh aplikasi di mana perhitungan regangan sangat penting dalam teknik adalah pada…
    • Batu bata untuk membangun dinding.
    • Kawat logam yang digunakan pada jembatan gantung.
    • Air dalam bak mandi.
    • Gas dalam balon udara.
    Jawaban: Kawat logam yang digunakan pada jembatan gantung.
    Penjelasan: Kawat pada jembatan gantung menahan beban tarik yang besar, sehingga penting untuk memahami tegangan dan regangan yang dialaminya agar jembatan tetap aman.
18. Selain panjang awal, besaran apa yang paling penting untuk menghitung regangan?
    • Luas penampang.
    • Gaya tarik.
    • Pertambahan panjang (ΔL).
    • Modulus Young.
    Jawaban: Pertambahan panjang (ΔL).
    Penjelasan: Untuk menghitung regangan (ε = ΔL/L₀), kita memerlukan perubahan panjang (ΔL) dan panjang awal (L₀). Luas penampang dan gaya tarik diperlukan untuk menghitung tegangan atau Modulus Young, tetapi tidak langsung untuk regangan.
19. Jika dua kawat identik (material dan luas penampang sama) ditarik dengan gaya yang sama, apa yang dapat disimpulkan tentang pertambahan panjangnya jika panjang awal kawat berbeda?
    • Makin panjang kawat, makin kecil pertambahan panjangnya untuk gaya yang sama.
    • Makin panjang kawat, makin besar pertambahan panjangnya untuk gaya yang sama.
    • Panjang kawat tidak mempengaruhi pertambahan panjang.
    • Pertambahan panjang hanya bergantung pada luas penampang.
    Jawaban: Makin panjang kawat, makin besar pertambahan panjangnya untuk gaya yang sama.
    Penjelasan: Dari rumus ΔL = (F * L₀) / (A * E), terlihat bahwa ΔL berbanding lurus dengan L₀. Jadi, makin panjang kawat, makin besar pertambahan panjangnya jika gaya, luas penampang, dan Modulus Young tetap.
20. Sebuah tongkat memiliki panjang awal 100 cm. Setelah ditekan, panjangnya menjadi 100,1 cm. Berapakah regangan yang dialami tongkat tersebut (regangan tekan)? Catatan: Perubahan panjang di sini adalah pertambahan panjang, namun bisa juga diartikan sebagai perubahan panjang mutlak.
    • 0,01
    • 0,001
    • 0,1
    • 1
    Jawaban: 0,001
    Penjelasan: Diketahui: L₀ = 100 cm = 1 m, L akhir = 100,1 cm = 1,001 m. Perubahan panjang ΔL = 1,001 m – 1 m = 0,001 m. Regangan ε = ΔL / L₀ = 0,001 m / 1 m = 0,001.

B. Isian Singkat

1. Apa yang dimaksud dengan regangan (strain)?
   Jawaban: Regangan adalah perbandingan antara perubahan panjang (ΔL) suatu benda terhadap panjang awalnya (L₀), atau secara matematis ε = ΔL/L₀.
2. Mengapa regangan tidak memiliki satuan?
   Jawaban: Regangan tidak memiliki satuan karena merupakan rasio dua besaran dengan dimensi yang sama (misalnya, meter/meter), sehingga satuannya saling meniadakan.
3. Apa itu Modulus Young dan bagaimana hubungannya dengan tegangan dan regangan?
   Jawaban: Modulus Young (E) adalah konstanta elastisitas yang mengukur kekakuan suatu material, didefinisikan sebagai rasio tegangan (σ) terhadap regangan (ε) dalam batas elastisitas (E = σ/ε).
4. Sebutas kawat memiliki panjang 10 meter. Setelah ditarik, panjang kawat menjadi 10,02 meter. Hitunglah regangan yang dialami kawat tersebut.
   Jawaban: Jika seutas kawat sepanjang 10 meter memanjang menjadi 10,02 meter, maka perubahan panjangnya adalah ΔL = 10,02 m – 10 m = 0,02 m. Regangannya adalah ε = ΔL / L₀ = 0,02 m / 10 m = 0,002.
5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan sifat plastisitas pada material.
   Jawaban: Sifat plastisitas adalah kemampuan material untuk mengalami deformasi permanen (tidak kembali ke bentuk semula) setelah gaya yang bekerja padanya dihilangkan, melewati batas elastisitasnya.

C. Uraian

1. Jelaskan mengapa regangan tidak memiliki satuan dan apa signifikansi dari fakta ini dalam perhitungan fisika?
   Pembahasan:
   Regangan adalah ukuran deformasi relatif suatu benda akibat gaya yang bekerja padanya. Regangan tidak memiliki satuan karena merupakan rasio perubahan panjang terhadap panjang awal. Perubahan panjang (ΔL) diukur dalam meter (m) dan panjang awal (L₀) juga dalam meter (m). Oleh karena itu, satuan m/m saling meniadakan, sehingga regangan adalah besaran tak berdimensi. Dalam praktiknya, regangan sering dinyatakan dalam bentuk desimal atau persentase.
2. Jelaskan hubungan antara tegangan (stress) dan regangan (strain) berdasarkan Hukum Hooke. Bagaimana Modulus Young berperan dalam hubungan ini?
   Pembahasan:
   Hukum Hooke menyatakan bahwa tegangan (stress) yang dialami oleh suatu benda elastis berbanding lurus dengan regangan (strain) yang dihasilkannya, selama batas elastisitas tidak terlampaui. Secara matematis, Hukum Hooke dapat ditulis sebagai σ = E * ε, di mana σ adalah tegangan, ε adalah regangan, dan E adalah Modulus Young (Modulus Elastisitas). Modulus Young adalah konstanta yang menggambarkan kekakuan suatu material; semakin besar Modulus Young, semakin kaku material tersebut. Hukum Hooke menjadi dasar penting dalam analisis kekuatan material dan desain struktur karena memungkinkan insinyur memprediksi bagaimana material akan merespons beban.
3. Sebuah kawat tembaga memiliki panjang awal 2 meter dan luas penampang 2 mm². Kawat tersebut ditarik dengan gaya 100 N. Jika Modulus Young tembaga adalah 110 GPa, hitunglah pertambahan panjang kawat tersebut.
   Pembahasan:
   Misalkan kawat tembaga memiliki panjang awal L₀ = 2 m dan luas penampang A = 2 mm² = 2 × 10⁻⁶ m². Gaya tarik F = 100 N. Modulus Young tembaga E = 110 GPa = 110 × 10⁹ Pa.
   Langkah 1: Hitung tegangan (σ).
   σ = F / A = 100 N / (2 × 10⁻⁶ m²) = 50 × 10⁶ Pa = 50 MPa.
   Langkah 2: Gunakan Hukum Hooke untuk mencari regangan (ε).
   σ = E * ε
   ε = σ / E = (50 × 10⁶ Pa) / (110 × 10⁹ Pa) ≈ 0,0004545
   Langkah 3: Hitung perubahan panjang (ΔL).
   ε = ΔL / L₀
   ΔL = ε * L₀ = 0,0004545 * 2 m = 0,000909 m = 0,909 mm.
   Jadi, kawat akan memanjang sekitar 0,909 mm.
4. Gambarlah dan jelaskan kurva tegangan-regangan untuk material ulet (ductile material). Sebutkan dan jelaskan setidaknya tiga titik penting pada kurva tersebut.
   Pembahasan:
   Kurva tegangan-regangan adalah grafik yang menggambarkan hubungan antara tegangan (sumbu Y) dan regangan (sumbu X) untuk suatu material saat diberikan beban. Ada beberapa titik penting pada kurva ini:
   1. Titik Proportional Limit: Batas di mana tegangan masih berbanding lurus dengan regangan (Hukum Hooke masih berlaku).
   2. Titik Batas Elastis (Yield Point): Tegangan maksimum yang dapat ditahan material sebelum mengalami deformasi permanen. Jika beban dilepas sebelum titik ini, material akan kembali ke bentuk aslinya.
   3. Titik Kekuatan Tarik (Ultimate Tensile Strength): Tegangan maksimum yang dapat ditahan material sebelum mulai terjadi ‘penyempitan leher’ (necking) atau pecah.
   4. Titik Patah (Fracture Point): Tegangan di mana material akhirnya pecah.
   Bentuk kurva ini sangat penting untuk menentukan sifat mekanik material seperti kekuatan, kekakuan, dan keuletan (ductility), yang krusial dalam pemilihan material untuk aplikasi rekayasa.
5. Jelaskan bagaimana konsep tegangan dan regangan berperan penting dalam rekayasa struktur, misalnya dalam desain sebuah jembatan.
   Pembahasan:
   Dalam desain jembatan, konsep tegangan dan regangan sangat vital. Insinyur harus memastikan bahwa material yang digunakan (misalnya baja untuk rangka dan beton untuk pondasi) dapat menahan beban berat (kendaraan, angin, gempa) tanpa mengalami deformasi permanen atau patah. Dengan menghitung tegangan yang akan dialami oleh berbagai komponen jembatan (misalnya batang penopang, kabel penggantung) dan membandingkannya dengan kekuatan luluh (yield strength) material, insinyur dapat memilih material yang tepat dan menentukan dimensi yang aman. Perhitungan regangan juga membantu memprediksi seberapa besar jembatan akan sedikit ‘bergerak’ atau melengkung di bawah beban, yang penting untuk memastikan stabilitas dan kenyamanan pengguna. Jika regangan terlalu besar, jembatan bisa terasa tidak aman atau bahkan runtuh. Oleh karena itu, pemahaman dan penerapan konsep ini adalah kunci dalam menciptakan jembatan yang aman dan tahan lama.

D. Menjodohkan