Hukum Hooke
Pada abad ke-19, saat mempelajari pegas dan elastisitas, ilmuwan Inggris Robert Hooke memperhatikan bahwa banyak bahan menunjukkan sifat yang sama ketika hubungan tegangan-regangan dipelajari. Ada wilayah linier di mana gaya yang dibutuhkan untuk meregangkan material sebanding dengan perpanjangan material. Ini dikenal sebagai Hukum Hooke. Pada artikel ini, mari kita belajar tentang hukum Hooke secara rinci.
Apa itu Hukum Hooke?
Stres dan ketegangan mengambil bentuk yang berbeda dalam situasi yang berbeda. Umumnya, untuk deformasi kecil, tegangan dan regangan sebanding satu sama lain, dan ini dikenal sebagai Hukum Hooke.
“Hukum Hooke menyatakan bahwa regangan material sebanding dengan tegangan yang diberikan dalam batas elastis material tersebut”.
Ketika bahan elastis diregangkan, atom dan molekul berubah bentuk sampai tegangan diterapkan, dan ketika tegangan dihilangkan, mereka kembali ke keadaan awal.
Secara matematis, hukum Hooke dinyatakan sebagai:
F = – kx
Dalam persamaan, F adalah gaya, x adalah perpanjangan panjang, k adalah konstanta pembanding yang dikenal sebagai konstanta pegas dalam N/m.
Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang pegas? Di bawah ini adalah tautannya:
Energi Potensial Pegas
Energi Potensial Elastis Dan Energi Potensial Pegas
Eksperimen Hukum Hooke
Pertimbangkan pegas dengan aplikasi beban, seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Gambar tersebut menunjukkan kondisi stabil pegas saat tidak ada beban yang diberikan, kondisi pegas saat dipanjangkan sebesar x di bawah beban 1 N, kondisi pegas dipanjangkan hingga 2x di bawah pengaruh beban 2 N.
Bergantung pada bahannya, pegas yang berbeda akan memiliki konstanta pegas yang berbeda, yang dapat dihitung. Gambar tersebut menunjukkan kepada kita tiga contoh, kondisi stabil pegas, pegas memanjang sebesar x di bawah beban 1 N, dan pegas memanjang hingga 2x di bawah beban 2 N. Jika kita mensubstitusikan nilai-nilai ini dalam hukum Hooke persamaan, kita mendapatkan konstanta pegas untuk bahan yang dipertimbangkan.
Contoh Soal Hukum Hooke
Sebuah pegas dipindahkan sejauh 5 cm dan ditahan di tempat dengan gaya 500 N. Berapa konstanta pegas pegas?
Jawaban:
Kita tahu bahwa pegas bergeser sejauh 5 cm, dimana satuan konstanta pegas adalah Newton per meter. Ini berarti kita harus mengubah jarak menjadi meter.
Mengubah jarak menjadi meter, kita dapatkan
5 cm = 0,05 m
Sekarang mengganti nilai-nilai dalam persamaan, kita dapatkan
F = – kx
500 N = – kx 0,05 m
Sekarang, kita perlu mengerjakan ulang persamaan sehingga kita dapat menghitung metrik yang hilang, yaitu konstanta pegas, atau k. Melihat hanya pada besaran dan karenanya menghilangkan tanda negatif, kita dapatkan
500 N/0,05 m = k
k = 10.000 N/m
Jadi, konstanta pegas pegas adalah 10.000 N/m.
Grafik Hukum Hooke
Gambar di bawah menunjukkan kurva tegangan-regangan untuk baja karbon Rendah
Bahan menunjukkan perilaku elastis hingga titik kekuatan luluh, setelah itu bahan kehilangan elastisitas dan menunjukkan plastisitas.
Dari asal sampai batas proporsional mendekati kekuatan luluh, garis lurus menunjukkan bahwa bahan mengikuti hukum Hooke. Di luar batas elastis antara batas proporsional dan kekuatan luluh, material kehilangan elastisitasnya dan menunjukkan plastisitas. Luas daerah di bawah kurva dari asal sampai batas proporsional berada di bawah rentang elastis. Area di bawah kurva dari batas proporsional hingga titik pecah/patah berada di bawah rentang plastis.
Kekuatan ultimit material ditentukan berdasarkan nilai ordinat maksimum yang diberikan oleh kurva tegangan-regangan (dari asal hingga pecah). Nilai tersebut memberikan kekuatan pecah pada titik pecah.
Aplikasi Hukum Hooke
Berikut adalah beberapa penerapan Hukum Hooke:Ini digunakan sebagai prinsip dasar di balik manometer, skala pegas, dan roda keseimbangan jam.
Hukum Hooke menetapkan dasar untuk seismologi, akustik, dan mekanika molekuler.
Kelemahan Hukum Hooke
Berikut adalah beberapa kelemahan dari Hukum Hooke:
- Hukum Hooke berhenti berlaku jika melewati batas elastis suatu bahan.
- Hukum Hooke hanya akurat untuk benda padat jika gaya dan deformasinya kecil.
- Hukum Hooke bukanlah prinsip universal dan hanya berlaku untuk bahan selama bahan tersebut tidak diregangkan melebihi kapasitasnya.
Pertanyaan yang Sering Diajukan – FAQ
Apakah Hukum Hooke berlaku untuk semua bahan?
Hukum pegas Hooke berlaku untuk objek elastis apa pun dengan kompleksitas sewenang-wenang, selama satu bilangan dapat menyatakan deformasi dan tegangan.
Apakah Hukum Hooke linier?
Hukum Hooke adalah linier. Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya pemulih sebanding dengan perpindahan.
Kapan Hukum Hooke gagal?
Hukum Hooke berlaku untuk bahan yang elastis sempurna dan tidak berlaku di luar batas elastis bahan apa pun.
Mengapa Hukum Hooke negatif?
Dalam hukum Hooke, tanda negatif pada gaya pegas berarti bahwa gaya yang diberikan oleh pegas melawan perpindahan pegas.
Mengapa kita membutuhkan Hukum Hooke?
Hukum Hooke sangat penting karena membantu kita memahami bagaimana benda yang melar akan berperilaku saat diregangkan atau dipadatkan.
Mengapa jembatan dinyatakan tidak aman setelah lama digunakan?
Karena tegangan dan regangan berulang, bahan yang digunakan di jembatan kehilangan kekuatan elastis dan akhirnya bisa runtuh. Oleh karena itu, jembatan dinyatakan tidak aman setelah lama digunakan.
Bagaimana kita bisa memutuskan kabel karena tekukan berulang kali?
Ketika zat mengalami regangan berulang, sifat elastis bahan menjadi sangat terganggu. Properti ini disebut kelelahan elastis. Dengan demikian, kami dapat memutuskan kawat dengan menekuk berulang kali.
Sitasi Artikel
Thinks Physics 2023. Hukum Hooke Lengkap Dengan Contoh Soal dan Penerapannya. Halaman Website (copy link). Diakses pada tanggal (tanggal akses anda)