Kuasai Hukum Hooke: Kumpulan Soal Fisika Lengkap & Penjelasan

A. Pilihan Ganda

1. Rumus matematis dari Hukum Hooke adalah…
   • F = m/a
   • F = kx
   • F = mv
   • F = ma
   Jawaban: F = kx
   Penjelasan: Hukum Hooke menyatakan hubungan antara gaya (F) dan pertambahan panjang (x) pegas, dengan k sebagai konstanta pegas. Rumusnya adalah F = kx.
2. Satuan standar internasional (SI) untuk konstanta pegas adalah…
   • Joule (J)
   • Newton (N)
   • Meter (m)
   • Newton per meter (N/m)
   Jawaban: Newton per meter (N/m)
   Penjelasan: Dalam rumus F = kx, jika F dalam Newton (N) dan x dalam meter (m), maka k (konstanta pegas) memiliki satuan N/m.
3. Inti dari Hukum Hooke adalah bahwa…
   • Massa pegas memengaruhi konstanta pegas
   • Pertambahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya yang bekerja padanya
   • Gaya yang bekerja pada pegas tidak memengaruhi pertambahan panjangnya
   • Energi potensial pegas berbanding lurus dengan massanya
   Jawaban: Pertambahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya yang bekerja padanya
   Penjelasan: Hukum Hooke (F=kx) menunjukkan bahwa gaya (F) berbanding lurus dengan pertambahan panjang (x), selama batas elastisitas tidak terlampaui.
4. Pernyataan yang benar tentang konstanta pegas adalah…
   • Semakin besar konstanta pegas, semakin lentur pegas tersebut
   • Konstanta pegas tidak memengaruhi kekakuan pegas
   • Semakin besar konstanta pegas, semakin kecil gaya yang dibutuhkan untuk meregangkannya
   • Konstanta pegas hanya berlaku untuk pegas ideal
   Jawaban: Semakin besar konstanta pegas, semakin kaku pegas tersebut
   Penjelasan: Konstanta pegas (k) adalah ukuran kekakuan pegas. Nilai k yang besar menunjukkan bahwa pegas lebih kaku dan memerlukan gaya yang lebih besar untuk meregangkannya sejauh x.
5. Jika sebuah pegas meregang sepanjang 20 m ketika diberikan gaya 10 N, berapa konstanta pegasnya?
   • 0,5 N/m
   • 2 N/m
   • 10 N/m
   • 20 N/m
   Jawaban: 0,5 N/m
   Penjelasan: Diketahui F = 10 N dan x = 20 m. Menggunakan rumus F = kx, maka k = F/x = 10 N / 20 m = 0,5 N/m.
6. Rumus 1/2 kx² digunakan untuk menghitung…
   • Gaya Gesek
   • Energi Kinetik
   • Energi Potensial Gravitasi
   • Energi Potensial Pegas
   Jawaban: Energi Potensial Pegas
   Penjelasan: Rumus Ep = 1/2 kx² adalah rumus untuk menghitung energi potensial yang tersimpan dalam sebuah pegas ketika diregangkan atau ditekan.
7. Pegas akan kembali ke bentuk semula jika gaya yang diberikan tidak melampaui…
   • Titik setimbang
   • Titik patah
   • Batas elastisitas
   • Konstanta pegas
   Jawaban: Batas elastisitas
   Penjelasan: Batas elastisitas adalah titik maksimum di mana pegas masih bisa kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan. Melampaui batas ini akan menyebabkan deformasi permanen.
8. Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 200 N/m. Jika pegas tersebut diregangkan sepanjang 0,5 m, berapa gaya yang diperlukan?
   • 50 N
   • 100 N
   • 200 N
   • 400 N
   Jawaban: 100 N
   Penjelasan: Diketahui k = 200 N/m dan x = 0,5 m. Menggunakan rumus F = kx, maka F = 200 N/m × 0,5 m = 100 N.
9. Berapa energi potensial yang tersimpan pada pegas dengan konstanta 100 N/m yang diregangkan sejauh 2 cm?
   • 0,01 Joule
   • 0,02 Joule
   • 0,04 Joule
   • 0,08 Joule
   Jawaban: 0,02 Joule
   Penjelasan: Diketahui k = 100 N/m dan x = 2 cm = 0,02 m. Menggunakan rumus Ep = 1/2 kx², maka Ep = 1/2 × 100 N/m × (0,02 m)² = 50 × 0,0004 = 0,02 Joule.
10. Untuk mendapatkan sistem pegas yang paling kaku (konstanta pegas total terbesar), pegas-pegas harus dihubungkan secara…
    • Kombinasi seri pegas
    • Kombinasi paralel pegas
    • Hanya satu pegas
    • Penggunaan pegas dengan konstanta sangat kecil
    Jawaban: Kombinasi paralel pegas
    Penjelasan: Dalam kombinasi paralel, konstanta pegas total adalah jumlah dari masing-masing konstanta pegas (k_total = k₁ + k₂). Ini menghasilkan konstanta total yang lebih besar, sehingga sistem menjadi lebih kaku.
11. Gaya pemulih pada pegas secara matematis dapat ditulis sebagai…
    • F = ma
    • F = kx
    • F = -kx
    • F = mg
    Jawaban: F = -kx
    Penjelasan: Tanda negatif pada F = -kx menunjukkan bahwa gaya pemulih pegas selalu berlawanan arah dengan perpindahan (x) dari posisi setimbang. Jika pegas diregangkan ke kanan, gaya pemulihnya ke kiri, dan sebaliknya.
12. Manakah dari faktor berikut yang, jika nilainya diperbesar, akan MENGURANGI konstanta pegas?
    • Panjang kawat pegas
    • Diameter kawat pegas
    • Modulus Young bahan
    • Diameter lilitan pegas
    Jawaban: Panjang kawat pegas
    Penjelasan: Panjang kawat pegas yang lebih besar akan menghasilkan pegas yang lebih lentur, sehingga konstanta pegasnya lebih kecil.
13. Sebuah pegas dengan konstanta 50 N/m ditarik dengan gaya 5 N. Berapa pertambahan panjang pegas tersebut?
    • 5 cm
    • 10 cm
    • 20 cm
    • 50 cm
    Jawaban: 10 cm
    Penjelasan: Diketahui F = 5 N dan k = 50 N/m. Menggunakan rumus F = kx, maka x = F/k = 5 N / 50 N/m = 0,1 m = 10 cm.
14. Untuk mendapatkan sistem pegas yang paling lentur (konstanta pegas total terkecil), pegas-pegas harus dihubungkan secara…
    • Kombinasi seri pegas
    • Kombinasi paralel pegas
    • Menggunakan pegas tunggal
    • Menggunakan pegas yang sangat pendek
    Jawaban: Kombinasi seri pegas
    Penjelasan: Dalam kombinasi seri, konstanta pegas total dihitung dengan 1/k_total = 1/k₁ + 1/k₂. Ini akan menghasilkan nilai k_total yang lebih kecil daripada k_individual, membuat sistem lebih lentur.
15. Jika konstanta pegas 200 N/m dan pegas diregangkan 5 cm, berapa energi potensial yang tersimpan di dalamnya?
    • 0,25 J
    • 0,5 J
    • 1 J
    • 2,5 J
    Jawaban: 0,5 J
    Penjelasan: Diketahui k = 200 N/m dan x = 0,05 m. Ep = 1/2 kx² = 1/2 × 200 N/m × (0,05 m)² = 100 × 0,0025 = 0,25 Joule.
16. Apa yang terjadi jika gaya yang diberikan pada pegas melampaui batas elastisitasnya?
    • Konstanta pegas menjadi nol
    • Pegas menjadi lebih kaku
    • Hukum Hooke tidak berlaku lagi
    • Energi potensial pegas meningkat tak terhingga
    Jawaban: Hukum Hooke tidak berlaku lagi
    Penjelasan: Jika batas elastisitas terlampaui, pegas akan mengalami deformasi permanen dan tidak akan kembali ke bentuk semula. Artinya, hubungan linear F=kx tidak lagi berlaku.
17. Manakah di antara rumus berikut yang TIDAK berkaitan langsung dengan Hukum Hooke?
    • F = kx
    • Ep = 1/2 kx²
    • 1/2 mv²
    • k = F/x
    Jawaban: 1/2 mv²
    Penjelasan: 1/2 mv² adalah rumus untuk energi kinetik. Hukum Hooke berkaitan dengan energi potensial pegas (1/2 kx²).
18. Dalam persamaan Hukum Hooke (F = kx), variabel F melambangkan…
    • Konstanta pegas
    • Pertambahan panjang pegas
    • Gaya yang bekerja pada pegas
    • Energi potensial pegas
    Jawaban: Gaya yang bekerja pada pegas
    Penjelasan: Dalam F = kx, ‘F’ adalah gaya yang bekerja pada pegas yang menyebabkan perubahan panjang ‘x’.
19. Bagaimana karakteristik susunan pegas paralel?
    • Pertambahan panjang setiap pegas sama, gaya total adalah jumlah gaya masing-masing pegas
    • Gaya yang bekerja pada setiap pegas sama, pertambahan panjang total adalah jumlah pertambahan panjang masing-masing pegas
    • Konstanta pegas total adalah hasil kali konstanta masing-masing pegas
    • Gaya dan pertambahan panjang masing-masing pegas tidak berhubungan
    Jawaban: Pertambahan panjang setiap pegas sama, gaya total adalah jumlah gaya masing-masing pegas
    Penjelasan: Pada susunan paralel, titik-titik ujung pegas terhubung pada titik yang sama, sehingga pertambahan panjang (x) masing-masing pegas adalah sama. Gaya total yang menahan beban adalah jumlah gaya dari setiap pegas.
20. Dua pegas identik, masing-masing memiliki konstanta pegas 200 N/m, dihubungkan secara seri. Berapa konstanta pegas total sistem tersebut?
    • 50 N/m
    • 100 N/m
    • 200 N/m
    • 400 N/m
    Jawaban: 100 N/m
    Penjelasan: Kedua pegas dihubungkan seri. Jadi, 1/k_total = 1/k₁ + 1/k₂ = 1/200 + 1/200 = 2/200 = 1/100. Maka, k_total = 100 N/m.

B. Isian Singkat

1. Apa bunyi Hukum Hooke?
   Jawaban: Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya yang diperlukan untuk meregangkan atau menekan pegas sebanding dengan pertambahan panjangnya, selama batas elastisitas tidak terlampaui.
2. Apa yang dimaksud dengan gaya pemulih pada pegas?
   Jawaban: Gaya pemulih adalah gaya yang bekerja pada pegas yang selalu berusaha mengembalikan pegas ke posisi setimbangnya (posisi semula).
3. Sebutkan dua faktor utama yang memengaruhi konstanta pegas!
   Jawaban: Modulus Young (modulus elastisitas) dan geometri/dimensi pegas (panjang kawat, diameter kawat, diameter lilitan, jumlah lilitan).
4. Tuliskan rumus untuk menghitung konstanta pegas total jika beberapa pegas dihubungkan secara seri!
   Jawaban: 1/k_total = 1/k₁ + 1/k₂ + …
5. Jika sebuah pegas diregangkan dua kali lipat dari pertambahan panjang awalnya, bagaimana perubahan gaya yang diperlukan menurut Hukum Hooke?
   Jawaban: Gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas akan berlipat ganda.

C. Uraian

1. Jelaskan bunyi Hukum Hooke, rumusnya, dan konsep batas elastisitas pada pegas!
   Pembahasan:
   Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya yang diperlukan untuk meregangkan atau menekan pegas sebanding dengan pertambahan panjang atau pemendekan pegas dari posisi setimbangnya, selama batas elastisitas tidak terlampaui. Secara matematis ditulis F = kx, di mana F adalah gaya, k adalah konstanta pegas, dan x adalah pertambahan/pemendekan panjang. Batas elastisitas adalah batas maksimum gaya yang dapat diberikan pada pegas sebelum pegas mengalami deformasi permanen (tidak kembali ke bentuk semula). Jika gaya melampaui batas elastisitas, pegas akan rusak dan tidak lagi memenuhi Hukum Hooke.
2. Apa yang dimaksud dengan energi potensial pegas? Tuliskan rumus dan jelaskan masing-masing variabelnya!
   Pembahasan:
   Energi potensial pegas adalah energi yang tersimpan dalam pegas akibat adanya perubahan panjang (regangan atau kompresi) dari posisi setimbang. Energi ini tersimpan karena adanya gaya pemulih pegas yang cenderung mengembalikannya ke posisi semula. Rumus energi potensial pegas adalah Ep = 1/2 kx², di mana k adalah konstanta pegas dan x adalah perubahan panjang pegas.
3. Bagaimana karakteristik dan cara menghitung konstanta pegas pengganti untuk dua pegas yang dihubungkan secara seri dan paralel? Jelaskan perbedaannya!
   Pembahasan:
   Ketika dua pegas dihubungkan secara seri, pertambahan panjang total adalah jumlah pertambahan panjang masing-masing pegas (x_total = x₁ + x₂). Gaya yang dialami setiap pegas adalah sama (F). Konstanta pegas pengganti (k_seri) dihitung dengan rumus 1/k_seri = 1/k₁ + 1/k₂.

   Ketika dua pegas dihubungkan secara paralel, pertambahan panjang masing-masing pegas adalah sama (x_total = x₁ = x₂). Gaya total yang menekan/meregangkan adalah jumlah gaya yang dialami masing-masing pegas (F_total = F₁ + F₂). Konstanta pegas pengganti (k_paralel) dihitung dengan rumus k_paralel = k₁ + k₂.

4. Sebutkan dan jelaskan faktor-faktor yang memengaruhi besar konstanta pegas (k)!
   Pembahasan:
   Faktor-faktor yang memengaruhi konstanta pegas (k) antara lain:
   1. **Jenis bahan:** Setiap bahan memiliki modulus Young yang berbeda, yang memengaruhi kekakuan pegas.
   2. **Dimensi pegas:**
   * **Panjang kawat pegas:** Semakin panjang kawat yang digunakan untuk membuat pegas, semakin kecil konstanta pegasnya (lebih lentur).
   * **Diameter kawat pegas:** Semakin besar diameter kawat pegas, semakin besar konstanta pegasnya (lebih kaku).
   * **Diameter lilitan pegas:** Semakin besar diameter lilitan pegas, semakin kecil konstanta pegasnya (lebih lentur).
   * **Jumlah lilitan:** Semakin banyak lilitan, semakin kecil konstanta pegasnya.
5. Sebuah pegas digantungkan vertikal. Ketika sebuah beban bermassa 2 kg digantungkan pada ujung pegas, pegas bertambah panjang 10 cm. Hitunglah konstanta pegas tersebut dan energi potensial yang tersimpan di dalamnya! (Gunakan g = 9,8 m/s²)
   Pembahasan:
   Diketahui:
   m = 2 kg
   x = 10 cm = 0,1 m
   Ditanya: k dan Ep

   Langkah 1: Hitung gaya berat (F) yang bekerja pada pegas.
   F = m × g = 2 kg × 9,8 m/s² = 19,6 N

   Langkah 2: Hitung konstanta pegas (k) menggunakan Hukum Hooke.
   F = kx
   k = F/x = 19,6 N / 0,1 m = 196 N/m

   Langkah 3: Hitung energi potensial pegas (Ep).
   Ep = 1/2 kx²
   Ep = 1/2 × 196 N/m × (0,1 m)²
   Ep = 1/2 × 196 × 0,01
   Ep = 98 × 0,01 = 0,98 Joule

   Jadi, konstanta pegasnya adalah 196 N/m dan energi potensial pegasnya adalah 0,98 Joule.

D. Menjodohkan