Modulus Young Hukum Keelastisitasan

I. Judul Percobaan : Modulus Young Mmm

II. Tujuan percobaan :

Adapun tujuan utama dari dilaksanakannya praktikum Modulus Young ini adalah sebagai berikut:
Menyelesaikan soal-soal sehubungan dengan penerapan Modulus Young.
Menentukan Modulus Young suatu bahan.

III. Tinjauan teoritis :

1. Keelastisitasan

Jika anda menarik sebuah pegas untuk melatih otot dada, maka pegas akan berubah bentuk, yaitu akan semakin panjang. Tetapi, bila anda melepaskan tangan anda, pegas akan segera kembali ke betuk semula. Atau contoh lain adalah pada katepel yang terbuat dari karet.
Pegas dan karet dalam hal inimerupakan benda dengan sifat elastis. Sifat elastis atau elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan.
Sedangkan benda yang tidak elastis adalah benda yang tidak kembali ke bentuk awalnya saat gaya dilepaskan, misalnya saja pada tanah liat. Bila anda menekan segumpal tanah liat, bentuknya akan berubah, tetapi saat gaya dilepaskan dari benda, tanah liat tidak kembali ke bentuk awalnya.

2.Tegangan

Tegangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik F yang dialami kawat dengan luas penampangnya (A) atau bisa juga didefinisikan sebaghai gaya per satuan luas. Tegangan dirumuskan oleh:

Tegangan merupakan sebuah besaran skalar dan memiliki satuan N/m² atau Pascal (Pa).

3.Regangan

Regangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan panjang ∆L dengan panjang awalnya L. Atau perbandingan perubahan panjang dengan panjang awal. Regangan dirumuskan oleh:

Karena pertambahan panjang ∆L dan panjang awal L adalah besaran yang sama, maka regangan e tidak memiliki satuan atau dimensi.

4.Modulus Elastis

Kebanyakan benda adlah elastis sampai ke suatu gaya yang tertentu besarnya, dinamakan batas elastis. Jika gaya yang dikerjakan/diberikan pada benda lebih kecil dari batas elastisnya, benda akan kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan. Tetapi jika gaya yang diberikan melampui batas elastis, benda tak akan kembali ke bentuk semula, melainkan secara permanen berubah bentuk.

perbandingan antara tegangan dan regangan adalah konstan. Konstanta inilah yang disebut sebagai modulus elastis atau modulus young. Dengan demikian, modulus elastis suatu bahan (E) didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan.

Persamaan tersebut dapat diuraikan lebih lanjut sebagai berikut :

atau

Tabel Nilai Modulus Elastisitas dari beberapa Zat

Bahan	Modulus Elastisitas (E) (N/m2)
Baja	200 x 10 9
Besi	100 x 10 9
Alumunium	70 x 10 9
Kuarsa	56 x 10 9
Kayu	10 x 10 9
Nilon	5 x 10 9

5.Tegangan Tarik, Tegangan Tekan, Tegangan Geser

Ada tiga jenis tegangan yang dikenal, yaitu :

v tegangan tarik

v tegangan tekan

v tegangan geser

Pada tegangan tekan, kedua ujung benda akan mendapatkan gaya yang sama besar dan berlawanan arah. Tapi, walau pemberian gaya dilakukan di ujung-ujung benda, seluruh benda akan mengalami peregangan karena tegangan yang diberikan tersebut.
Berbeda halnya dengan tegangan tarik, tegangan tekan berlawanan langsung dengan tegangan tarik. Materi yang diberi gaya bukannya ditarik, melainkan ditekan sehingga gaya-gaya akan bekerja di dalam benda, contohnya sepeti tiang-tiang pada kuil Yunani.
Tegangan yang ketiga adalah tegangan geser. Benda yang mengalami tegangan geser memiliki gaya-gaya yang sama dan berlawanan arah yang diberikan melintasi sisi-sisi yuang berlawanan. Misalkan sebuah buku atau batu-bata terpasang kuat dipermukaan. Meja memberikan gaya yang sama dan berlawanan arah sepanjang permukaan bawah. Walau dimensi benda tidak banyak berubah, bentuk benda berubah.

Bila ketiga tegangan tersebut diberikan terlalu besar, melebihi kekuatan benda, maka benda tersebut akan patah.

6.Hukum Hooke

Percobaan yang kita lakukan pada dasarny adalah untuk mengetahui hubungan kuantitatif antara gaya yang dikerjakan pada pegas dengan pertambahan panjangnya. Setiap panjang pegas ketika diberi gaya tarik dengan panjang awalnya disebut pertambahan panjang. Jika dibuat grafik gaya tarik terhadap perubahan panjang, maka akan anda dapatkan grafik membentuk sebuah garis linier.
Hukum Hooke sendiri berbunyi,

“Jika gaya tarik tidak melampui batas elastis pegas, maka pertambahan panjang pegas berbanding lurus (sebanding) dengan gaya tariknya”.

Pernyataan ini dikemukakan oleh Robert Hooke, seorang arsitek yang ditugaskan membangun kembali gedung-gedung di London yang mengalami kebakaran pada tahun 1666. Oleh karena itu, pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Hooke. Hukum Hooke dapat dirumuskan sebagai berikut:

F = k

Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas-batas tertentu. Jika gaya sangat besar maka regangan benda sangat besar sehingga akhirnya benda patah. Hubungan antara gaya dan pertambahan panjang (atau simpangan pada pegas) dinyatakan melalui grafik di bawahni.

Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku sepanjang daerah elastis sampai pada titik yang menunjukkan batas hukum hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas hukum hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya yang diberikan tidak melewati batas elastisitas. tapi hukum Hooke tidak berlaku pada daerah antara batas hukum hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali seperti semula; benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah.

7.Tetapan Gaya Benda Elastis

Tetapan gaya benda elastis dalam hukum Hooke dilambangkan dengan simbol k. Perlu anda ketahui bahwa tetapan gaya k adalah tetapan umum yang berlaku untuk benda elastis jika diberi gaya yang tidak melampui titik A (batas hukum Hooke).
Gaya tarik F yang dikerjakan pada benda padat, dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

Dan hukum Hooke sebagai berikut

F = k ∆x
Dari kedua persamaan diatas, kita dapat mensubtitusikannya sehingga akhirnya akan didapat sebuah rumus untuk menghitung tetapan gaya k, yaitu.

Dengan A adalah luas penampang (m²), E adalah modulus elastis bahan (N/m²), dan L adalah panjang bebas dari benda (panjang benda saat belum ditarik).

IV. Alat dan Bahan :

Alat dan Bahan	Jumlah
Kawat	Dua utas
Perangkat baca skala nonius dan skala utama	Seperangkat
Beban	Seperangkat
Mistar panjang	1 buah
Micrometer sekrup	1 buah
Kertas grafik	1 lembar

V. Prosedur Percobaan :

Gantungkanlah kedua utas tali dan dilengkapi dengan perangkat baca. Agar kawat menjadi lurus, bebani kedua utas kawat dengan beban yang tidak terlalu besar.
a. Ukur panjang salah satu kawat yang akan ditentukan Modulus Youngnya.
b. Ukur diameter kawat.
c. Catat kedudukan skala nonius terhadap skala.
Tambahilah beban pada salah satu kawat berturut-turut dengan penambahan massa 0,5 kg pada setiap penambahan beban.
d. Pada setiap penambahan beban, setelah beberapa saat (kira-kira 10 detik), catatlah kedudukan nonius. Lakukan penambahan sampai 3 Kg.
e. Hitung pertambahan panjang untuk tiap penambahan beban.
Setelah selesai penambahan beban, kurangi beban berturut-turut dengan pengurangan massa 0,5 Kg tiap pengurangan beban.
f. Pada tiap pengurangan beban, tunggu beberapa saat kemudian catatlah kedudukan nonius.
g. Hitung pengurangan beban.
Hitung tegangan tarik dan regangan tarik pada setiap langkah penambahan dan pengurangan beban.
Buatlah grafik pada kertas mm hubungan antara tegangan tarik dan regangan tarik dan tentukan Modulus Young dari grafik itu.

VI. Hasil Percobaan dan Pembahasan

a. Hasil Percobaan

Tabel hasil pengamatan

No.	w (N)	F = w	l (cm)		A (mm2)	m (gr)
1	0.6	0.6 N	13.8	0.6 cm	0.2	60
2	0.7	0.7 N	14.1	0.9 cm	0.3	70
3	0.8	0.8 N	14.4	1.2 cm	0.4	80
4	0.9	0.9 N	14.9	1.7 cm	0.5	90

ANALISIS DATA

v Mencari Tegangan Kawat

DATA 1

F = 0.6 N

A = 0.2 X 10 ^-4 m²

=

= N/m²

DATA 2

F = 0.7 N

A = 0.3 X 10 ^-4 m²

=

= N/m²

DATA 3

F = 0.8 N

A = 0.4 X 10 ^-4 m²

=

= N/m²

DATA 4

F = 0.9 N

A = 0.5 X 10 ^-4 m²

=

= N/m²

=

= 2.28 x 10 ⁴ N/m²

v Mencari Regangan Kawat

DATA 1

cm

l = 13.8 cm

=

= 0.044

DATA 2

cm

l = 14.1 cm

=

= 0.064

DATA 3

cm

l = 14.4 cm

=

= 0.083

DATA 4

cm

l = 14.9 cm

=

= 0.114

=

= 0.076

v Mencari Modulus Elastisitas

=

= 3 x 10⁵ N/m²

v Mencari nilai konstanta

DATA 1

m

F = 0.6 N

= 100 Kg/s²

DATA 2

m

F = 0.7 N

= 77.8 Kg/s²

DATA 3

m

F = 0.8 N

= 66.7 Kg/s²

DATA 4

m

F = 0.9 N

= 52.9 Kg/s²

=

= 74.35 Kg/s²

v Mencari nilai Energi Potensial

DATA 1

m

k₁ = 100 Kg/s²

= 100 (0.006)²

= 0.0018 J

DATA 2

m

k₂ = 77.8 Kg/s²

= 77.8 (0.009)²

= 0.0031509 J

DATA 3

m

k₃ = 66.7 Kg/s²

= 66.7 (0.012)²

= 0.0048 J

DATA 4

m

k₄ = 52.9 Kg/s²

= 52.9 (0.017)²

= 0.0076 J

=

=

= 0.0043 J

b. Pembahasan

Pada percobaan kali tentang Hukum Hooke kami mencari nilai konstanta.

Pada data pertama yakni nilai F adalah 0,6 N dan ∆l adalah 0, 006 m, maka

konstanta yang didapat adalah100 N/m. Pada data kedua yakni nilai F adalah 0,7N dan ∆l adalah 0, 009 m, maka konstanta yang didapat adalah 77,8 N/m Pada data ketiga yakni nilai F adalah 0,8 N dan ∆l adalah 0,012 m, maka konstanta yang didapat adalah 66, 7 N/m. Pada data keempat yakni nilai F adalah 0,9 N dan ∆l adalah 0, 017 m, maka konstanta yang didapat adalah 52,9 N/m Rata- rata konstanta adalah 74, 35 N/m. Berdasarkan pada percobaan dengan mencari nilai konstanta diketahui bahwa semakin besar nilai F dan ∆l. Maka konstanta yang didapat semakin kecil.

Pada percobaan dengan mencari nilai energi potensial. Pada data pertama ∆l

adalah 0,006 m dan k adalah 100 kg/s2, maka energi potensial yang didapat

0,0018 J. Pada data kedua ∆l adalah 0,009 m dan k adalah 77,8 kg/s2, maka energi potensial yang didapat 0,0031509 J. Pada data ketiga ∆l adalah 0,012 m dan k adalah 66,7 kg/s2, maka energi potensial yang didapat 0,0048 J. Pada data keempat ∆l adalah 0,017 m dan k adalah 52,9 kg/s2, maka energi potensial yang didapat 0,0076 J. Rata-rata energi potensial adalah 0,0043 J.

Berdasarkan pada data yang telah didapatkan pada percobaan diketahui

bahwa semakin besar nilai ∆l, maka nilai energi potensial yang didapat juga

semakin besar. Sebaliknya semakin kecil nilai konstanta, maka semakin besar

nilai energi potensial.

VII. Kesimpulan

Dari praktikum Modulus Young ini, dapat disimpulkan beberapa hal:

1) Semakin besar nilai ∆l, maka nilai energi potensial yang didapat juga semakin

besar. Sebaliknya semakin kecil nilai konstanta, maka semakin besar nilai energi potensial.

2) Semakin besar nilai F dan ∆l. Maka konstanta yang didapat semakin kecil.

3) Luas daerah dibawah grafik sama dengan nilai energi potensial .

4) Pertambahan panjang ( L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada benda.

5) Modulus Young meruipakan perbandingan antara tegangan tarik dan regangan tarik.

6) Benda elastis adalah benda yang kembali ke bentuk semula bila gaya dihilangkan.

7) Gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang dan dapat dirumuskan dengan persamaan F = k ∆x

8) Benda plastik adalah benda yang tidak kembali ke bentuk semula saat gaya dilepaskan.

9) Bila gaya yang diberikan pada benda melampui batas kekuatan benda, benda akan patah.

VIII. Saran

Disarankan pada setiap orang yang akan melaksanakan praktikum Modulus Young harus memahami dulu konsep dan prinsip dari hukum Hooke, tegangan dan regangan. Selain itu, bila ingin mendapat data yang akurat, disarankan menggunakan alat yang masih baik

IX. Daftar Pustaka

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick .1991. Fisika Jilid I, Terjemahan. Jakarta : Penerbit Erlangga

Kanginan, Marthen. 2000. Fisika 2000, SMU kelas 1, Caturwulan 2. Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga

Zaida, Drs.,M.Si. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Faperta UNPAD