PENENTUAN KONSTANTA PEGAS DENGAN CARA STATIS DAN DINAMIS Oleh: Elisa1 dan Yenni Claudya2
1)
2)
Mahasiswa Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Syiah Kuala Staf Pengajar Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Syiah Kuala
e-mail :
[email protected] ABSTRAK Pegas merupakan benda elastis yang banyak digunakan dalam kehidupan untuk membuat benda menjadi nyaman ketika digunakan. Elastisitas pegas ditentukan oleh besarnya konstanta pegas yang dapat ditentukan dengan cara statis maupun dinamis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui bagaimana cara menentukan konstanta pegas dengan cara statis dan dinamis. Metode yang digunakan pada penentuan konstanta pegas dengan cara statis dan dinamis adalah eksperimen. Dimana pada penentuan konstanta pegas dengan cara statis yaitu dilakukan dengan menggantungkan beban lalu diukur pertambahan panjang dengan menggunakan mistar dengan mengukur panjang pegas mulamula terlebih dahulu. Sedangkan untuk cara dinamis dengan cara menggantungkan beban pada ujung pegas kemudian digantungkan pada statif lalu diukur pertambahan panjang pegas tersebut sebagai panjang mula-mula setelah itu pegas diberi simpangan sepanjang 5 cm sehingga terjadi getaran harmonis dengan waktu 10 kali getaran dengan mengukur menggunakan stopwatch. Dari penelitian ini di tunjukkan bahwa besarnya konstanta pegas dipengaruhi oleh besar massa beban yang digantungkan pada pegas. Semakin besar massa beban maka konstanta pegas semakin kecil.
Kata Kunci: Elastisitas dan konstanta pegas. ABSTRACT
Spring is an elastic thing that is widely used in life to make things become uncomfortable when used. Elasticity of the spring is determined by the magnitude of the spring constant which can be determined by means of static or dynamic. The purpose of this research is to know how to determine the spring constant by means of static and dynamic. The method used in the determination of the spring constant by means of static and dynamic is an experiment. Where the determination of the spring constant in a static way that is done by hanging the load and then measured the length using a ruler to measure the length of the early spring in advance. As for the dynamic way by hanging a load on the end of the spring and then hung on the stand and then measured the length of the spring as long as the first spring deflection by 5 cm long, causing harmonic vibrations with 10 times the vibration by measuring using the stopwatch. From this research show that the magnitude of the spring constant is affected by the mass of the load hanging on the spring. The greater the mass of the load, the smaller the spring constant. Keywords: Elasticity and constant spring.
PENDAHULUAN Getaran merupakan fenomena fisika yang banyak terjadi di dalam kehidupan. Terjadinya getaran disebabkan karena adanya usikan atau gangguan yang diberikan kepada benda sehingga benda dapat bergetar. Setiap gerak yang berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Jika suatu partikel dalam gerak periodik bergerak bolak-balik melalui lintasan yang sama, maka geraknya disebut gerak osilasi atau getaran (D.Halliday,1999:443). Bentuk yang sederhana dari gerak periodik adalah gerak harmonis sederhana. Gerak harmonik sederhana adalah suatu getaran dengan resultan gaya yang bekerja selalu mengarah ke titik setimbang dengan besarnya resultan gaya adalah berbanding lurus dengan besarnya simpangan. Sehingga semakin besar resultan gaya maka semakin besar juga simpangannya. Contoh getaran harmonik diantaranya adalah gerak pada pegas. Pegas merupakan gulungan lingkaran kawat yang digulung sedemikian rupa agar memiliki kelenturan. Didalam sebuah pegas terdapat gaya pemulih, yaitu gaya yang berlawanan dengan perpindahan sistem sehingga mendorong atau menarik sistem kembali pada posisi kesetimbangan. Sebuah gaya pemulih yang ditimbulkan oleh sebuah pegas ditentukan oleh hukum Hooke. Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam ilmu fisika yang terjadi karena sifat elastisitas dari sebuah pegas.Ukuran elastisitas sebuah pegas berbeda-beda sesuai dengan ukuran kekuatan pegas tersebut.Ukuran
kekuatan sebuah pegas disebut modulus elastis yang dikenal sebagai konstanta pegas (k). Konstanta pegas merupakan karakteristik dari suatu pegas. Besarnya konstanta pegas dipengaruhi oleh besarnya gaya pemulih. Dan gaya tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu faktor dari besarnya jarak simpangan yang diberikan pada pegas dan oleh faktor tetapan pegas itu sendiri. Faktor nilai tetapan pegas itu juga mempengaruhi periode yang dialami oleh pegas tersebut sehingga juga dapat mempengaruhi frekuensi dari pegas tersebut. Untuk menentukan nilai dari tetapan pegas tersebut dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu cara statis dan cara dinamis. Cara statis merupakan cara yang digunakan untuk menetukan nilai konstanta pegas dengan menghitung pertambahan panjang pegas ketika diberi beban (W). Dengan cara statis maka akan dapat dilihat pengaruh pertambahan massa terhadap perubahan panjang pegas. Sedangkan cara dinamis adalah cara yang digunakan apabila pegas yang diberi beban tadi dihilangkan bebannya maka pegas akan mengalami getaran dengan periode tertentu. Dengan cara ini dapat dilihat hubungan massa terhadap periode getaran suatu pegas.Karena elastisitas pegas ditentukan oleh besarnya konstanta pegas maka penulis mengambil judul penentuan konstanta pegas secara statis dan dinamis. Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini untuk mengetahui nilai konstanta pegas dengan menggunakan cara statis dan dinamis. Agar penulisan ini mencapai tujuan
pembahasan yang diharpkan, penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini. Adapun masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana cara menentukan konstanta pegas dengan cara statis dan dinamis. Apabila suatu pegas dengan tetapan pegas k diberi beban W, maka ujung pegas akan bergeser sepanjang x sesuai dengan persamaan m g = k x. Untuk menentukan tetapan pegas (k) dengan cara statis maka digunakan rumus gabungan antara hukum Hooke dan Hukum II Newton yaitu : Hukum Hooke : F=-kx .......... (1) Hukum II Newton : F=ma=mg ...........(2) Jika persamaan (2.17) dan persamaan (2.18) disubtitusikan maka : F = -kx m g = - kx ............(3) Keterangan : k = Tetapan pegas (N/m) m = Massa (kg) x = Jarak simpangan (m) g = Konstanta gravitasi bumi (m/s2) Untuk cara dinamis, apabila pegas yang telah diberi beban tadi dihilangkan bebannya maka pegas akan mengalami getara selaras. Teknik untuk menurunkan rumus periode pegas adalah sederhana, yaitu hanya menyamakan gaya pemulih dan gaya dari hukum II Newton F = m . ay dengan ay= adalah percepatan gerak harmonik. Gaya pemulih pada pegas adalah F = -k y sehingga diperoleh : - k y = m ay - ky = m (− )
=
=
atau ...................... (4)
Dengan kecepatan sudut =
maka
=
. Sehingga :
=2
=
atau
………………… (5)
Keterangan : T = Periode (sekon) m = Massa beban (kg) k = Tetapan pegas (N/m)
METODE PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui cara menentukan konstanta pegas dengan cara statis dan dinamis. Pengambilan data dilakukan di laboraturium FKIP Fisika Unsyiah pada tanggal 11 April 2016. Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini sebagai berikut. Tabel 1. Alat dan Bahan dalam Penelitian No 1 2
Alat dan Bahan Pegas berbentuk spiral Beban
3
Statif dengan klem
4
Mistar (Penggaris) Stopwatch
5
Jumlah 1 buah 50 gr, 100 gr, 150 gr 1 buah
1 buah 1 buah
Metode yang digunakan adalah metode eksperimen. Adapun langkah percobaannya: a. Penentuan Konstanta Pegas Dengan Cara Statis 1. Mengukur panjang pegas mula-mula dan menimbang beban yang akan digunakan.
2. Menggantungkan pegas pada statif dengan klem. 3. Menambahkan beban sehingga dapat diukur pertambahan panjang dari pegas. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan 3 beban yang berbeda yaitu 50 gram, 100 gram, dan 150 gram. b. Penentuan Konstanta Pegas Dengan Cara Dinamis 1. Mengukur panjang pegas mula-mula dan menimbang beban yang akan digunakan. 2. Menggantungkan pegas pada statif dengan klem. 3. Memberikan beban pada pegas. 4. Memberikan simpangan pada pegas sehingga terjadi getaran selaras. Pada percobaan ini simpangan yang diberikan adalah sejauh 5 cm.
Gambar. Rancangan Percobaan Pada Penentuan Konstanta Pegas Dengan Cara Statis Sumber : Laboraturium FKIP Fisika Unsyiah 2016
Gambar.Rancangan Percobaan Pada Penentuan Konstanta Pegas Dengan Cara Dinamis Sumber Laboraturium FKIP FisikaUnsyiah 2016
Tabel 1. Pengukuran Pertambahan Panjang Pegas (∆ ) Untuk Menentukan Konstanta Pegas Dengan Cara Statis Diketahui L0 = 7 cm No
M (cm)
(g)
∆ (cm)
1
50
11
4
2 3
100 150
16 21
9 14
K (N/m) 12,5 11,11 10,71
(Sumber : Laboratorium Pendidikan Fisika FKIP Unsyiah, 2016 Tabel 2. Perhitungan Periode (T) Untuk Menentukan Konstanta Pegas Dengan Cara Dinamis Pengulangan
M (gr)
X (cm)
N
t (s)
T (s)
K (N/m)
4,38
0,438
10,278
1
50
5
10
4,37 4,47 6,32
0,437 0,447 0,632
10,325 9,86 9,58
2
100
5
10
6,38 6,41 7,87
0,638 0,641 0,787
9,68 9,87 9,55
3
150
5
10
7,84
0,784
9,62
7,81
0,781
9,69
(Sumber : Laboratorium Pendidikan Fisika FKIP Unsyiah, 2016) Keterangan: M = Massa (gram) ∆ = Pertambahan panjang (cm) L = Panjang akhir (cm) L0 = Panjang mula-mula (cm) n = Jumlah getaran x = Simpangan (cm) t = Waktu getaran (sekon) T = Periode (sekon)
PEMBAHASAN Pada praktikum ini membahas tentang penentuan konstanta pegas dengan cara statis dan dinamis pada massa 50 gram, 100 gram, 150 gram
dan panjang pegas mula-mula 7 cm. Pada percobaan pertama dengan massa 50 gram dan pertambahan panjang pegas 4 cm diperoleh nilai konsta pegas sebesar 12,5 N/m. Pada percobaan kedua dengan massa 100 gram dan pertambahan panjang pegas 9 cm diperoleh nilai konstanta pegas sebesar 11,11 N/m. Pada percobaan ketiga dengan massa 150 gram dan pertambahan panjang 14 cm diperoleh nilai konstanta pegas sebesar 10,71 Nm. Pada penentuan konstanta pegas dengan cara dinamis dilakukan percobaan secara berulang sebanyak 3 kali pada massa 50 gram, 100 gram dan 150 gram. Pada percobaan pertama dengan massa 50 gram diperoleh konstanta pegas sebesar 10,278 N/m, 10,325 N/m da 9,86 N/m. Pada percobaan kedua dengan massa 100 gram diperoleh konstanta pegas sebesar 9,87 N/m, 9,68 N/m dan 9,58 N/m. Pada percobaan ketiga dengan massa 150 gram diperoleh konstanta sebesar 9,55 N/m, 9,62 N/m dan 9,69 N/m. Berdasarkan data diatas dapat diketahui bahwa besar koefisien pegas statis dan dinamis dipengaruhi oleh besar massa beban yang digantungkan pada pegas. Semakin besar massa beban maka koefisiennya semakin kecil.
pegas dengan cara dinamis yaitu dilakukan dengan cara menyimpangkan pegas kemudian dihitung periode getarannya sehingga dapat ditentukan nilai konstanta pegas.Dari penelitian penentuan konstanta pegas dengan cara statis dan dinamis dapat diketahui bahwa semakin besar massa beban maka koefisiennya semakin kecil.
PENUTUP SIMPULAN Berdasarkan penelitian mengenai penentuan konstanta pegas dengan cara statis dan dinamis dapat disimpulkan bahwa cara menentukan konstanta pegas dengan cara statis yaitu dilakukan dengan mengukur pertambahan panjang pegas ketika beban di tambah. Sedangkan cara menentukan kontanta
F.J.Bueche.2006. Fisika Universitas.Jakarta: Erlangga.
SARAN Saran dari peneliti yaitu agar Pegas yang digunakan sebaiknya dalam keadaan baik (tidak bengkok) karena bisa mempengaruhi hasil dari percobaan.Kemudian pada saat pegas di beri usikan atau disimpangkan sebaiknya pegas di diamkan terlebih dahulu sampai pegas diam.
UCAPAN TERIMAKASIH Pada kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini..
DAFTAR PUSTAKA Giancoli, Douglas.2001.Fisika Jilid I Edisi 5.Jakarta: Erlangga.
Ishaq, Mohammad.2007. Fisika Dasar Edisi 2.Bandung: Graha Ilmu. Halliday,David.1999. Erlangga.
Fisika.
Jakarta:
Sutrisno. 1986. Seri Fisika Dasar Mekanika. Bandung: ITB
