Pembahasan Fisika UN: Elastisitas Bahan

Elastisitas Karet

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) bidang studi Fisika SMA dengan materi pembahasan Elastisitas Bahan yang meliputi:

• konstanta pegas, 
• susunan pegas seri dan paralel, 
• pertambahan panjang, 
• hukum Hooke, serta
• daerah elastisitas dan daerah plastis.

Soal Elastisitas Bahan UN 2015

Rangkaian pegas identik di bawah ini masing-masing mempunyai konstanta pegas 20 N.m⁻¹.

Jika beban 800 gram dipasang pada rangkaian tersebut maka pertambahan panjang total pegas tersebut adalah … (g = 10 m.s⁻²).

A.   5 cm
B.   10 cm
C.   30 cm
D.   60 cm
E.   80 cm

Pembahasan

Ketiga pegas tersebut identik sehingga:

K₁ = K₂ = K₃ = K = 20 N/m

K₁ dan K₂ tersusun paralel:

K_p = K₁ + K₂
     = 2K

K_p dan K₃ tersusun seri sehingga konstanta pegas total (K_t) adalah:

Ketika pegas dipasang beban maka akan mengalami pertambahan panjang sesuai rumus:

dengan F adalah gaya berat beban dan k konstanta pegas total. Diperoleh:

Jadi, pertambahan panjang total pegas tersebut adalah 60 cm (D).

Soal Elastisitas Bahan UN 2011

Empat buah pegas identik masing-masing mempunyai konstanta elastisitas 1.600 N/m disusun seri paralel seperti pada gambar.

Beban w yang digantung menyebabkan sistem pegas mengalami pertambahan panjang secara keseluruhan sebesar 5 cm. Berat beban w adalah ….

A.   60 N
B.   120 N
C.   300 N
D.   450 N
E.   600 N

Pembahasan

Tiga pegas pertama (atas) tersusun paralel sehingga:

k_p = k + k + k
     = 3k

Ketiga pegas paralel tersebut tersusun seri dengan pegas yang ada di bawahnya sehingga konstanta pegas total adalah:

Saat beban w digantungkan, pegas mengalami pertambahan panjang sebesar 5 cm.

∆x = 5 cm
     = 5 ∙ 10⁻² m

Dengan demikian, beban w adalah:

F = k ∆x
w = k_t ∆x
    = 12.000 1.200 × 5 ∙ 10⁻²
    = 600  60

Jadi, berat beban w adalah 60 N (A).

Soal Elastisitas Bahan UN 2012

Dari percobaan menentukan elastisitas karet dengan menggunakan karet ban diperoleh data seperti tabel berikut. Dapat disimpulkan nilai konstanta terbesar adalah percobaan ….

No	Gaya (N)	Pertambahan panjang (m)
A.	7	3,5 × 10−2
B.	8	2,5 × 10−2
C.	6	2,0 × 10−2
D.	9	4,5 × 10−2
E.	10	3,3 × 10−2

Pembahasan

Konstanta pegas merupakan perbandingan antara gaya yang bekerja pada pegas tersebut terhadap pertambahan panjangnya.

Berdasarkan rumus tersebut, mari kita lengkapi tabel di atas untuk menentukan nilai konstanta pegas terbesar.

No	F	∆x	k = F/∆x
A.	7	3,5 × 10−2	200
B.	8	2,5 × 10−2	320
C.	6	2,0 × 10−2	300
D.	9	4,5 × 10−2	200
E.	10	3,3 × 10−2	303

Jadi, nilai konstanta terbesar adalah percobaan (B).

Soal Elastisitas Bahan UN 2010

Data pada tabel merupakan hasil percobaan yang terkait dengan elastisitas benda. Dalam percobaan digunakan bahan ban dalam sepeda motor. (Percepatan gravitasi = 10 m/s²)

No.	Beban (kg)	Panjang Karet (cm)
1 2 3 4 5	0,20 0,40 0,60 0,80 1,00	05,0 10,0 15,0 20,0 25,0

Berdasarkan tabel di atas, dapat disimpulkan bahwa karet memiliki konstanta elastisitas ….

A.   122 N/m
B.   96 N/m
C.   69 N/m
D.   56 N/m
E.   40 N/m

Pembahasan

Konstanta elastisitas karet ban merupakan perbandingan antara berat beban yang digantungkan pada karet tersebut terhadap pertambahan panjang karet.

Untuk memasukkan data, bisa diambil dari percobaan mana saja. Misal kita ambil data dari percobaan 1.

Jadi, karet ban tersebut memiliki konstanta elastisitas sebesar 40 N/m (E).

Soal Elastisitas Bahan UN 2014

Grafik di bawah ini adalah hubungan gaya dengan pertambahan panjang dari benda elastis yang ditarik dengan gaya.

Berdasarkan grafik, benda akan bersifat tidak elastis (plastis) saat besar gaya yang bekerja antara ….

A.   0 sampai 9 N
B.   0 sampai 18 N
C.   0 sampai 24 N
D.   9 N sampai 18 N
E.   18 N sampai 24 N

Pembahasan

Penjelasan grafik di atas adalah sebagai berikut.

• 0 – 18 N adalah daerah elastisitas atau daerah hukum Hooke yang digambarkan dengan garis lurus (linear). Cirinya mempunyai perbandingan ΔF terhadap Δx yang sama.
• 18 N adalah batas elastisitas, artinya kurang dari 18 N masih elastis, lebih dari 18 N tidak elastis.
• 18 N – 24 N adalah daerah plastis, artinya pegas dapat mengalami pertambahan panjang tetapi tidak bisa kembali ke keadaan semula (tidak elastis).
• 24 N adalah titik patah, artinya pegas tidak akan mengalami pertambahan panjang, jika dipaksakan akan putus.

Jadi, benda akan bersifat tidak elastis (plastis) saat besar gaya yang bekerja antara 18 N – 24 N (E).

Pembahasan soal Elastisitas Bahan yang lain bisa disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 10
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 9
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 30
Pembahasan Fisika UN 2017 No. 26
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 31
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 15

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.