Mengenal Konsep Elastisitas Gaya Pegas dan Kaitannya dengan Hukum Hooke

Pada prinsipnya, semua benda  di Bumi dapat berubah bentuk (deformed) dengan gaya tertentu. Seperti percobaan pada pegas dan lilin mainan atau plastisin. Objek dapat kembali ke bentuk aslinya ketika gaya yang diterapkan dihilangkan atau objek mengambil bentuk  baru. 

Jika gaya  pada benda terlalu besar dan benda melebihi titik elongasi maksimumnya, benda tersebut dapat dihancurkan. Kemampuan suatu benda untuk kembali ke keadaan semula ketika gaya yang diterapkan padanya dihilangkan disebut elastisitas, dan suatu benda memiliki sifat elastis. 

Contohnya bulu, karet gelang, pegas, dll. Sebaliknya, suatu benda memiliki sifat plastis jika tidak kembali ke keadaan semula ketika gaya yang diberikan dihilangkan. Contohnya termasuk plastisin, plastik, permen karet, dan tanah liat.

Konsep Elastisitas

Benda dengan sifat elastis  juga  memiliki sifat plastis. kenapa ini  terjadi? Misalnya, pegas yang diregangkan terus menerus dengan gaya yang lebih besar. Apa yang terjadi? Jika gaya yang kamu terapkan tidak terlalu besar, pegas mungkin awalnya kembali ke bentuk aslinya. 

Namun, menarik pegas dengan kekuatan yang lebih besar dapat mengendurkan pegas  dan mencegahnya kembali ke bentuk aslinya (plastis). Keadaan ini menunjukkan bahwa elastisitas pegas telah terlampaui. 

Menerapkan lebih banyak kekuatan di luar kapasitas ekstensi akan mematahkan pegas. Kamu dapat memplot gaya pada pegas versus pertambahan panjang pegas pada bentuk grafik. Ketika gaya F meningkat sampai melewati titik maka batas elastis terlampaui. 

Akibatnya pegas tidak dapat kembali ke bentuk semula  setelah gaya F dihilangkan (pegas menjadi plastis). Semakin meningkatkan gaya F maka akan mematahkan pegas. Oleh karena itu, benda  elastis dapat menjadi plastis atau bahkan pecah. 

Gaya yang mengubah bentuk suatu benda  sebanding dengan besaran yang disebut  tegangan. Sebaliknya, perubahan bentuk suatu benda karena tegangan disebut regangan, dan panjang  benda bertambah. 

Menurut Robert Hooke, perbandingan antara tegangan dengan regangan pada benda ini disebut dengan istilah modulus elastisitas (young) benda tersebut. Jadi, ada batas elastisitas suatu benda, dan besarnya gaya yang diberikan oleh suatu benda  sebanding dengan pertambahan panjang benda. 

Ini sebelumnya ditetapkan melalui eksperimen pada pegas oleh seorang ilmuwan bernama Robert Hooke. Jadi, Hooke akhirnya menciptakan hukum yang disebut Hukum Hooke.

Konsep Hukum Hooke

Hukum Hooke ada di bidang fisika dan merupakan  hukum atau ketentuan yang berkaitan dengan gaya yang dihasilkan oleh sifat elastis pir atau pegas. Menurut Robert Hooke,  ilmuwan yang menemukan hukum Hooke, benda dapat dibedakan menjadi dua jenis: benda  plastis dan benda  elastis. 

Benda plastis adalah benda yang berubah bentuk ketika diberikan gaya dan  tidak  kembali ke bentuk semula ketika gaya yang diberikan dihilangkan. Benda elastis, di sisi lain, adalah benda yang berubah ketika dikenai gaya dan dapat kembali ke bentuk aslinya ketika gaya dihilangkan. 

Misalnya, busur, peer, karet gelang, ketapel, dll. Robert Hooke melakukan  percobaan untuk mengamati hubungan antara perubahan yang terjadi  antara benda elastis dan gaya yang diberikan pada benda tersebut. 

Dari percobaan ini, Hooke menemukan  hukum untuk hubungan antara gaya dan perubahan gaya pegas, yang sekarang dikenal sebagai hukum Hooke. Besarnya gaya kait sebanding dengan jarak yang ditempuh pegas pada posisi awalnya. Dalam istilah matematika, dapat ditulis sebagai: 

F = -k.x

Keterangan:

F = gaya atau unit newton

k = konstanta pegas atau newton per meter

x = jarak pergerakan pegas dari posisi normal atau unit meter

Pertambahan panjang yang terjadi berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan. Ini pertama kali dipelajari Robert Hooke pada abad ke-17. Pada saat itu, Hooke mengamati hubungan antara tegangan yang diberikan pada  pegas dan pertambahan panjang pegas. 

Hooke menemukan bahwa pertambahan panjang  pegas  berbanding lurus dengan gaya yang diberikan. Lebih lanjut, Hooke juga menemukan bahwa pertambahan panjang sayap sangat bergantung pada sifat-sifat sayap itu sendiri.  

Pegas yang  mudah direntangkan seperti karet gelang akan mengembang sangat besar meskipun gaya yang diberikan relatif kecil. Sebaliknya, pegas yang tidak mudah meregang, seperti  pegas baja, panjangnya relatif sedikit meregang bahkan ketika gaya yang cukup besar diterapkan. 

Sifat-sifat yang ada di masing-masing pegas ini dijelaskan oleh konstanta gaya  pegas itu sendiri. Pegas yang mudah meregang, seperti  karet gelang, memiliki konstanta gaya yang  kecil. Sebaliknya, pegas yang tidak mudah meregang  memiliki konstanta gaya yang  besar. 

Secara umum, apa yang ditemukan Hooke dapat dirumuskan sebagai berikut:

F = k. x

Keterangan:

F = gaya yang diberikan pada pegas (N)

k = tetapan gaya pegas (N/m)

x = pertambahan panjang pegas (m)

Nah, itulah konsep elastisitas gaya pegas dan hubungannya dengan Hukum Hooke. Dalam praktiknya gaya pegas adalah jenis gaya dalam ilmu fisika yang perlu kamu pahami karena banyak terapannya dalam kehidupan sehari-hari. 

Penulis: Lala