PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG ELASTISITAS PEGAS

Posted by on 29 January 2018 - 10:20 AM

Edutafsi.com - Elastisitas dan Konstanta Pegas. Pembahasan soal ujian nasional bidang studi fisika tentang elastisitas dan pegas untuk tingkat menengah atas. Elastisitas merupakan suatu besaran yang menyatakan kecenderungan suatu benda untuk mengembalikan keadaan ke bentuk semula setelah mengalami perubahan akibat pengaruh gaya tarik atau gaya tekan dari luar. Dari beberapa benda yang memunjukkan gejala elastisitas, pegas merupakan salah satu benda yang paling umum dibahas. Pada kesempatan ini, edutafsi akan membahas beberapa soal elastisitas yang pernah keluar dalam ujian nasional tahun-tahun sebelumnya.

Soal 1 : Menentukan Energi Potensial Pegas

Untuk meregangkan sebuah pegas sejauh 5 cm diperlukan gaya sebesar 20 N. Energi potensial pegas ketika pegas tersebut meregang sejauh 10 cm adalah ....
A. 100 Joule
B. 50 Joule
C. 20 Jule
D. 4 Joule
E.  2 Joule

Pembahasan :
Dik : x1 = 5 cm = 0,05 m, F1 = 20 N, x2 = 10 cm = 0,1 m
Dit : Ep2 = .... ?

Energi potensial secara sederhana dapat diartikan sebagai besarnya gaya yang dibutuhkan untuk meregangkan pegas sepanjang x. Besar energi potensial pegas bergantung pada konstanta pegas dan besar pertambahan panjangnya. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:
Ep = ½ k . x2

Keterangan :
Ep = energi potensial pegas (J)
k = tetapan atau konstanta pegas (N/m)
x = pertambahan panjang pegas (m).

Berdasarkan rumus di atas, untuk menentukan energi potensial pegas setidaknya harus diektahui konstanta dan pertambahan panjangnya. Dalam soal hanya diketahui pertambahan panjang. Itu artinya harus ditentukan terlebih dahulu konstanta pegasnya.

Berdasarkan kondisi pertama, ketika pegas diregangka sejauh 5 cm dengan gaya sebesar 20 N, maka konstanta pegas dapat ditentukan berdasarkan konsep hukum Hooke berikut ini:
⇒ F1 = k . x1
⇒ 20 = k . (0,05)
⇒ k = 20/0,05
⇒ k = 400 N/m

Karena tetapannya sudah diketahui, maka energi potensialnya adalah:
⇒ Ep2 = ½ k . x22
⇒ Ep2 = ½ (400). (0,1)2
⇒ Ep2 = 200 (0,01)
⇒ Ep2 = 2 J

Penyelesaian ringkas :
⇒ Ep2 = ½ (F1/x1) . x22
⇒ Ep2 = ½ (20/0,05). (0,1)2
⇒ Ep2 = 2 J

Jadi, energi potensial pegas ketika meregang sejauh 10 cm adalah 2 Joule.
Jawaban : E

Soal 2 : Menentukan Tetapan Pegas Berdasarkan Tabel

Percobaan menggunakan pegas yang digantung menghasilkan data sebagai berikut:
PercobaanF (N)Δx (cm)
I8811
II648
III405

Dengan F = gaya beban pegas, Δx = pertambahan panjang pegas. Berdasarkan data tersebut, dapat disimpulkan bahwa pegas yang digunakan memiliki tetapan sebesar ....
A. 800 N/m
B. 80 N/m
C. 8 N/m
D. 0,8 N/m
E. 0,08 N/m

Pembahasan :
Berdasarkan hukum Hooke, pertambahan panjang sebuah pegas berbanding lurus dengan besarnya gaya yang bekerja pada pegas tersebut. Secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
F = k . Δx

Keterangan :
F = gaya yang bekerja pada pegas (N)
k = tetapan atau konstanta pegas (N/m)
Δx = pertambahan pajang pegas (m).

Pada tabel data percobaan, dilakukan tiga kali percobaan dan dihasilkan data seperti yang terlihat. Kita dapat menghitung konstanta untuk masing-masing percobaan lalu menyimpulkannya.

Dari percobaan I :
⇒ k = F/Δx
⇒ k = 88/0,11
⇒ k = 800 N/m

Dari percobaan II :
⇒ k = 64/0,08
⇒ k = 800 N/m

Dari percobaan III :
⇒ k = 40/0,05
⇒ k = 800 N/m

Dari ketiga percobaan tersebut ternyata dihasilkan nilai yang sama, yaitu 800 N/m. Dengan demikian, konstanta pegas yang digunakan dalam percobaan itu adalah 800 N/m.

Penyelesaian ringkas :
Untuk menghemat waktu, kita bisa menggunakan data dari salah satu percobaan saja misalnya percobaan I. Adakalanya dari beberapa percobaan dihasilkan nilai yang sedikit berbeda (hal itu wajar dalam percobaan). Jika hasilnya sedikit berbeda maka dipilih yang paling mendekati jawaban atau yang lebih mewakili seluruh data.

Soal 3 : Menentukan Konstanta Terbesar

Dari percobaan menentukan elastsitas karet dengan menggunakan karet ban diperoleh data seperti tabel di bawah ini.
PercobaanGaya (N)Pertambahan panjang (m)
I73,5 x 10-2
II82,5 x 10-2
III62,0 x 10-2
IV94,5 x 10-2
V103,3 x 10-2

Berdasarkan data tersebut, dapat disimpulkan bahwa karet ban yang memiliki nilai konstanta terbesar terdapat pada percobaan .....
A. Percobaan I
B. Percobaan II
C. Percobaan III
D. Percobaan IV
E. Percobaan V

Pembahasan :
Untuk melihat konstanta yang terbesar, maka dihitung satu-persatu sebagai berikut:
1). Percobaan I : k = 7/(0,035) = 200 N/m
2). Percobaan II : k = 8/(0,025) = 320 N/m
3). Percobaan III : k = 6/(0,02) = 300 N/m
4). Percobaan IV : k = 9/(0,045) = 200 N/m
5). Percobaan V : k = 10/(0,033) = 303 N/m

Dari hasil perhitungan di atas, dapat dilihat bahwa yang memiliki konstanta terbesar adalah percobaan II, yaitu 320 N/m.

Penyelesaian ringkas :
Konstanta berbanding lurus dengan gaya dan berbanding terbalik dengan pertambahan panjang. Konstanta terbesar adalah yang gayanya termasuk paling besar tapi pertambahan panjangnya termasuk paling kecil. Perhatikan data untuk pertambahan panjang. Pertambahan terkecil adalah pada percobaan II dan III. Lalu lihat antara II dan III yang gayanya paling besar adalah percobaan II. Jadi, konstanta terbesar ada pada percobaan II.
Jawaban : B

Soal 4 : Menentukan Batas Elastisitas Pegas

Hubungan gaya dengan pertambahan panjang pada suatu pegas terlihat seperti grafik di bawah ini.

Pembahasan UNBK Fisika tentang elastisitas

Berdasarkan grafik di atas, pegas akan berubah bersifat plastis saat pada pegas bekerja gaya sebesar ....
A. 0 sampai 2 N
B. 0 sampai 4 N
C. 2 sampai 6 N
D. 4 N sampai 8 N
E. 6 N sampai 8 N

Pembahasan :
Pada grafik perhatikan untuk gaya 2 N, 4 N, dan 6 N, pertambahan panjangnya berturut-turut adalah 2 cm, 4 cm, dan 6 cm. Nilai tersebut menunjukkan pada rentang tersebut pegas masih memiliki tetpan elastisitas yang sama (terlihat dari grafinya yang terlihat lurus). Itu artinya, untuk rentang gaya 0 - 6 N, pegas masih bersifat elastis.

Untuk gaya yang lebih besar dari 6 N, ternyata pertambahan panjangnya sudah tidak lagi teratur seperti terlihat pada grafik. Hal itu menunjukkan bahwa untuk rentang lebih besar dari 6 N, pegas sudah tidak lagi elastis. Jadi, pegas tersebut akan bersifat plastis pada rentang 6 N - 8 N.
Jawaban : E

Soal 5 : Menentukan Grafik Percobaan Elastisitas

Grafik hubungan gaya (F) terhadap pertambahan panjang (Δx) dari percobaan elastisitas pegas di bawah ini yang memiliki konstanta elastisitas terkecil adalah ....
Pembahasan soal UN Fisika tentang elastisitas

Pembahasan :
Dari grafik jelas terlihat berapa besar gaya (F) dan pertambahan panjangnya (Δx). Itu artinya, kita dapat menentukan konstanta untuk masing-masing grafik:
1). Grafik A : k = 2/(0,06) = 33,3 N/m
2). Grafik B : k = 4/(0,04) = 100 N/m
3). Grafik C : k = 6/(0,02) = 300 N/m
4). Grafik D: k = 3/(0,06) = 50 N/m
5). Grafik E : k = 6/(0,06) = 100 N/m

Dari perhitungan di atas dapat dilihat bahwa grafik percobaan yang menunjukkan elastisitas terkecil adalah grafik A, yaitu dengan konstanta elastisitas 33,3 N/m.

Penyelesaian ringkas :
Untuk menentukan grafik mana yang elastisitasnya paling kecil, cari grafik yang sudut kemiringannya (sudut antara garis grafik dengan sumbu x) paling kecil. Dari kelima grafik, yang sudut kemiringannya paling kecil (garis grafiknya lebih dekat ke sumbu x) adalah grafik A.
Jawaban : A

Demikianlah pembahasan beberapa soal ujian nasional bidang studi fisika tentang konstanta pegas. Jika pembahasan soal konstanta pegas dan elastisitas ini bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share di bawah ini. Terimakasih.


Edutafsi.com adalah blog bahan belajar sekolah yang ditujukan untuk membantu murid belajar. Dukung edutafsi untuk terus berkembang dengan like laman facebook edutafsi, follow IG Tafsi Junior, dan subscribe youtube Tafsi Video. Terimakasih telah berkunjung ke blog ini. Semoga bermanfaat.



Advertisements