Hukum Hooke – Konsep, rumus, elastisitas dan aplikasi

Data Relevan:

• Robert Hooke: Robert Hooke adalah seorang ilmuwan Inggris yang menemukan dan merumuskan Hukum Hooke pada abad ke-17. Ia merupakan tokoh penting dalam sejarah sains dan banyak memberikan kontribusi dalam berbagai bidang.

Penjelasan:
Hukum Hooke, yang dinamakan berdasarkan nama ilmuwan Inggris Robert Hooke, adalah prinsip dasar dalam fisika yang menggambarkan hubungan antara gaya yang diberikan pada pegas dengan perubahan panjang pegas tersebut.

Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya yang diberikan pada pegas sebanding dengan perubahan panjang pegas tersebut, selama perubahan tersebut tidak melebihi batas elastisitas pegas. Dalam kata lain, semakin besar gaya yang diberikan pada pegas, semakin besar pula perubahan panjang pegasnya.

Hukum Hooke dapat dirumuskan dalam persamaan matematis sebagai F = -kx, di mana F adalah gaya yang diberikan pada pegas, k adalah konstanta pegas (koefisien elastisitas), dan x adalah perubahan panjang pegas. Tanda negatif (-) menunjukkan bahwa gaya yang diberikan pada pegas berlawanan arah dengan perubahan panjang pegas.

Penerapan Hukum Hooke dapat ditemukan dalam berbagai bidang. Misalnya, pegas digunakan dalam kendaraan untuk memperbaiki sistem suspensi, yang memberikan kenyamanan selama berkendara. Ketika kendaraan melewati guncangan atau ketukan, pegas akan mengabsorbsi energi dan mengurangi getaran yang dirasakan oleh penumpang.

Selain itu, Hukum Hooke juga digunakan dalam peralatan medis, seperti alat penyangga tulang atau peralatan ortopedi. Pegas yang digunakan dalam peralatan ini membantu mendukung atau memperbaiki posisi tulang atau sendi yang rusak.

Memahami Hukum Hooke penting dalam memahami elastisitas benda dan transfer energi dalam sistem elastis. Hukum ini juga memiliki aplikasi luas dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi.

Sumber Daya:

• “Fisika Dasar” oleh Halliday, Resnick, dan Walker
• “Fisika untuk SMA/MA Kelas XI” oleh Arip Nurahman dan Asep Suparman
• “Fisika untuk Universitas” oleh Tipler dan Mosca
• “Konsep-konsep Dasar Fisika” oleh H. C. Ohanian dan John T. Markert

Semakin besar beban yang diberikan pada suatu benda, maka semakin besar pula deformasi yang dialaminya.

Apa hukum Hooke?

Hukum Elastisitas Hooke, atau hanya Hukum Hooke, adalah prinsip fisika seputar perilaku elastis benda padat. Ini dirumuskan pada tahun 1660 oleh ilmuwan Inggris Robert Hooke, sezaman dengan Isaac Newton yang terkenal.

Ajaran teoritis dari hukum ini adalah perpindahan atau deformasi yang dialami suatu benda yang diberi gaya akan berbanding lurus dengan gaya atau beban deformasi tersebut. Artinya, semakin besar gaya maka semakin besar pula deformasi atau perpindahannya, atau seperti yang dirumuskan Hooke sendiri dalam bahasa Latin: Ut tensio sic vis (“sebagai perluasan, maka gaya”).

Hukum Hooke sangat penting dalam berbagai bidang, seperti fisika dan studi tentang pegas elastis (demonstrasi yang paling sering dilakukan). Ini adalah konsep dasar untuk teknik dan arsitektur, konstruksi dan desain, karena memungkinkan kita untuk memprediksi bagaimana gaya atau berat yang berkepanjangan akan mengubah dimensi benda seiring waktu.

Konon undang-undang ini diterbitkan oleh Hooke dalam bentuk anagram misterius ( ceiiinosssttuv ), yang darinya pernyataan hukum Latinnya dapat direkonstruksi, karena ia takut seseorang akan mengambil alih penemuannya secara ilegal. Namun, beberapa tahun kemudian, dia mengumumkan temuannya kepada publik.

Ini dapat membantu Anda: Sifat umum materi

Pengertian Hukum Hooke

Hukum Hooke adalah prinsip dalam fisika yang menyatakan bahwa gaya yang diperlukan untuk meregangkan atau memampatkan suatu pegas berbanding lurus dengan perpindahan atau perubahan panjang pegas tersebut dari posisi keseimbangannya. Hukum ini diberi nama sesuai dengan penemunya, Robert Hooke, seorang ilmuwan Inggris yang pertama kali mengemukakannya pada abad ke-17.

Rumus hukum Hooke untuk pegas

Rumus hukum Hooke yang paling umum adalah sebagai berikut:

F = -k. ΔL

Di mana:

• F adalah kekuatan deformasi
• ΔL adalah variasi yang dialami oleh panjang pegas, baik kompresi maupun ekstensi.
• k adalah konstanta proporsionalitas yang dikenal sebagai konstanta pegas , umumnya dinyatakan dalam Newton per meter (N/m).

Untuk menghitung ΔL yaitu deformasi suatu benda, perlu diketahui panjang awal (L ₀ ) dan panjang akhir (L _f ).

Lihat juga: Elastisitas dalam fisika

Konstanta Pegas (k)

Konstanta pegas ($k$) adalah parameter yang menunjukkan kekakuan suatu pegas. Semakin besar nilai $k$, semakin kaku pegas tersebut, dan semakin besar gaya yang diperlukan untuk menghasilkan perpindahan tertentu.

Batas Elastisitas

Hukum Hooke hanya berlaku dalam batas elastisitas suatu bahan. Jika gaya yang diterapkan melebihi batas elastisitas, bahan tersebut tidak lagi mengikuti Hukum Hooke dan dapat mengalami deformasi permanen atau patah.

Penerapan hukum Hooke

Hukum Hooke sangat berguna dalam semua bidang yang memerlukan pengetahuan penuh tentang kapasitas elastis bahan. Teknik, arsitektur dan konstruksi adalah disiplin ilmu yang paling sering digunakan.

Misalnya, undang-undang ini memungkinkan kita untuk memprediksi pengaruh berat mobil terhadap jembatan dan bahan pembuatnya (seperti logam). Hal ini juga memungkinkan penghitungan perilaku bellow atau sekumpulan pegas, dalam mesin atau perangkat industri tertentu.

Penerapan hukum Hooke yang paling terkenal adalah pengembangan dinamometer : perangkat yang terdiri dari pegas dan skala yang memungkinkan gaya diukur secara skalar.

Energi Potensial Pegas

Energi potensial elastis dalam pegas yang mengalami deformasi juga dapat dihitung dengan rumus:

Ep=½ kx²

di mana:

• Ep​ adalah energi potensial elastis (J),
• k adalah konstanta pegas (N/m),
• x adalah perpindahan atau perubahan panjang pegas (m).

Hukum Hooke dan elastisitas

Penerapan hukum Hooke untuk menghitung elastisitas bervariasi baik itu mengenai pegas atau padatan elastis.

Untuk menghitung elastisitas pegas, diterapkan “persamaan pegas”, yang merupakan cara paling umum untuk menyatakan rumus hukum Hooke (sama dengan yang kami tawarkan di atas: F = -k. ΔL).

Mengetahui konstanta pegas k dan massa benda yang dihubungkan dengan pegas, maka frekuensi sudut osilasi pegas (ω) dapat dihitung dengan rumus berikut:

ω = √k /m

Di sisi lain, untuk menghitung elastisitas benda elastis, hukum pegas harus digeneralisasikan, mengingat bahwa distribusi tegangan pada benda-benda tersebut jauh lebih rumit daripada bellow.

Untuk ini, persamaan Lamé-Hooke digunakan, yang memiliki rumus khusus untuk setiap zat padat menurut bentuk spesifiknya: isotropik satu dimensi, isotropik tiga dimensi, atau ortotropik tiga dimensi. Namun topik-topik ini memerlukan penjabaran yang jauh lebih kompleks dan teknis.

Lanjutkan dengan: Termodinamika

Penerapan Hukum Hooke

1. Desain dan Rekayasa

Dalam rekayasa, Hukum Hooke digunakan untuk merancang berbagai elemen struktural seperti jembatan, bangunan, dan kendaraan untuk memastikan mereka dapat menahan beban tanpa mengalami deformasi yang berlebihan.

2. Alat Ukur

Hukum Hooke diterapkan pada alat ukur seperti timbangan pegas dan dinamometer, yang mengukur gaya berdasarkan perpindahan pegas.

3. Peralatan Olahraga

Berbagai peralatan olahraga, seperti busur panah dan trampolin, dirancang dengan mempertimbangkan prinsip Hukum Hooke untuk memastikan performa optimal dan keamanan pengguna.

4. Sistem Suspensi

Sistem suspensi pada kendaraan menggunakan pegas yang dirancang sesuai dengan Hukum Hooke untuk menyerap guncangan dan memberikan kenyamanan berkendara.

5. Mekanisme Jam

Jam mekanik tradisional menggunakan pegas spiral yang berfungsi sesuai dengan Hukum Hooke untuk mengatur waktu secara presisi.

Contoh Soal dan Penyelesaian

Contoh Soal:

Sebuah pegas memiliki konstanta k=500 N/m. Berapa gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas tersebut sejauh 0,1 meter?

Penyelesaian:

Menggunakan rumus Hukum Hooke:

F=k×x

F=500 N/m×0,1 m

F=50 N

Jadi, gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas tersebut sejauh 0,1 meter adalah 50 Newton.

Kesimpulan

Hukum Hooke adalah prinsip fundamental dalam fisika yang menjelaskan hubungan antara gaya dan perpindahan dalam sistem elastis. Dengan memahami dan menerapkan Hukum Hooke, kita dapat merancang dan menganalisis berbagai sistem mekanis dan struktural yang berfungsi dengan deformasi elastis. Penerapannya yang luas dalam berbagai bidang menunjukkan pentingnya hukum ini dalam ilmu pengetahuan dan rekayasa.

Referensi

1. Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fundamentals of Physics. John Wiley & Sons.
2. Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2018). Physics for Scientists and Engineers. Cengage Learning.
3. Tipler, P. A., & Mosca, G. (2007). Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. W. H. Freeman.
4. Young, H. D., & Freedman, R. A. (2012). University Physics with Modern Physics. Pearson.
5. Giancoli, D. C. (2013). Physics: Principles with Applications. Pearson.

• “Hukum elastisitas Hooke” di Wikipedia.
• “Apa itu Hukum Hooke?” di Akademi Khan.
• “Pengantar Hukum Hooke” (video) dalam Fisika Flipping.
• “Hukum Hooke” tentang Pembelajaran Lumen.
• “Hukum Hooke” dalam The Encyclopaedia Britannica.

FAQs tentang Hukum Hooke

Apa itu Hukum Hooke?

Hukum Hooke adalah prinsip dalam fisika yang menyatakan bahwa gaya restoratif yang diberikan oleh pegas atau benda elastis sebanding dengan perubahan panjang atau deformasi benda tersebut. Hukum ini dinamakan berdasarkan nama fisikawan Inggris, Robert Hooke, yang pertama kali mengamati dan merumuskan prinsip ini pada abad ke-17.

Apa rumus matematis dari Hukum Hooke?

Rumus matematis dari Hukum Hooke adalah:

F = -kx

di mana:

F adalah gaya restoratif (dalam satuan newton, N),

k adalah konstanta pegas (dalam satuan newton per meter, N/m),

x adalah perubahan panjang atau deformasi (dalam satuan meter, m).

Apa yang dimaksud dengan gaya restoratif?

Gaya restoratif adalah gaya yang timbul saat pegas atau benda elastis ditarik atau ditekan dari posisi keseimbangan. Gaya ini bertindak untuk mengembalikan pegas atau benda elastis ke posisi semula.

Apa yang dimaksud dengan konstanta pegas?

Konstanta pegas (k) adalah ukuran kekakuan atau kekakuan elastisitas pegas atau benda elastis. Nilai konstanta pegas menunjukkan seberapa besar gaya yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan panjang atau deformasi tertentu pada pegas atau benda elastis. Semakin besar nilai konstanta pegas, semakin kaku atau elastis benda tersebut.

Apakah Hukum Hooke hanya berlaku untuk pegas?

Hukum Hooke sering dikaitkan dengan pegas karena Robert Hooke pertama kali mengamati dan merumuskan prinsip ini pada pegas. Namun, prinsip ini juga berlaku untuk benda elastis lainnya seperti karet, baja, dan bahan elastis lainnya yang dapat mengalami deformasi elastis saat diberikan gaya.

Bagaimana Hukum Hooke digunakan dalam kehidupan sehari-hari?

Hukum Hooke memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa contoh penggunaannya adalah:

• Pegas pada suspensi mobil yang memberikan kenyamanan saat berkendara.
• Pegas pada kasur atau matras yang memberikan dukungan dan kenyamanan saat tidur.
• Pegas pada alat-alat musik, seperti gitar atau biola, yang menghasilkan suara saat ditekan atau dipetik.
• Pegas pada alat pengukur tekanan, seperti manometer, yang memberikan pembacaan yang akurat berdasarkan deformasi pegas.
• Pegas pada kunci pas, tang, atau gunting yang memberikan kekuatan dan fleksibilitas saat digunakan.

Apakah Hukum Hooke selalu berlaku?

Hukum Hooke berlaku dalam rentang deformasi elastis pada pegas atau benda elastis. Pada deformasi yang sangat besar, benda elastis dapat mengalami deformasi plastis atau bahkan patah, dan Hukum Hooke tidak lagi berlaku.

Apa yang terjadi jika gaya yang diberikan melebihi batas elastisitas benda?

Jika gaya yang diberikan melebihi batas elastisitas benda, benda tersebut akan mengalami deformasi plastis atau bahkan patah. Deformasi plastis adalah perubahan bentuk permanen yang terjadi pada benda elastis setelah melebihi batas elastisitasnya.

Apakah Hukum Hooke berlaku untuk semua benda?

Hukum Hooke berlaku untuk benda-benda elastis yang mengalami deformasi elastis saat diberikan gaya. Benda-benda yang memiliki sifat elastisitas, seperti pegas atau bahan elastFAQs tentang Hukum Hooke

Apa itu Hukum Hooke?

Hukum Hooke adalah prinsip dalam fisika yang menyatakan bahwa gaya restoratif yang diberikan oleh pegas atau benda elastis sebanding dengan perubahan panjang atau deformasi benda tersebut.

Apa rumus matematis dari Hukum Hooke?

Rumus matematis dari Hukum Hooke adalah F = -kx, di mana F adalah gaya restoratif, k adalah konstanta pegas, dan x adalah perubahan panjang atau deformasi.

Apa yang dimaksud dengan gaya restoratif?

Gaya restoratif adalah gaya yang timbul saat pegas atau benda elastis ditarik atau ditekan dari posisi keseimbangan, dan bertindak untuk mengembalikan pegas atau benda elastis ke posisi semula.

Apa yang dimaksud dengan konstanta pegas?

Konstanta pegas (k) adalah ukuran kekakuan atau kekakuan elastisitas pegas atau benda elastis. Nilai konstanta pegas menunjukkan seberapa besar gaya yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan panjang atau deformasi tertentu pada pegas atau benda elastis.

Apakah Hukum Hooke hanya berlaku untuk pegas?

Hukum Hooke sering dikaitkan dengan pegas karena Robert Hooke pertama kali mengamati dan merumuskan prinsip ini pada pegas. Namun, prinsip ini juga berlaku untuk benda elastis lainnya seperti karet, baja, dan bahan elastis lainnya yang dapat mengalami deformasi elastis saat diberikan gaya.

Bagaimana Hukum Hooke digunakan dalam kehidupan sehari-hari?

Hukum Hooke memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa contoh penggunaannya adalah pegas pada suspensi mobil, pegas pada kasur atau matras, pegas pada alat-alat musik, pegas pada alat pengukur tekanan, dan pegas pada kunci pas, tang, atau gunting.

Apakah Hukum Hooke selalu berlaku?

Hukum Hooke berlaku dalam rentang deformasi elastis pada pegas atau benda elastis. Pada deformasi yang sangat besar, benda elastis dapat mengalami deformasi plastis atau bahkan patah, dan Hukum Hooke tidak lagi berlaku.

Apa yang terjadi jika gaya yang diberikan melebihi batas elastisitas benda?

Jika gaya yang diberikan melebihi batas elastisitas benda, benda tersebut akan mengalami deformasi plastis atau bahkan patah. Deformasi plastis adalah perubahan bentuk permanen yang terjadi pada benda elastis setelah melebihi batas elastisitasnya.

Apakah Hukum Hooke berlaku untuk semua benda?

Hukum Hooke berlaku untuk benda-benda elastis yang mengalami deformasi elastis saat diberikan gaya. Benda-benda yang memiliki sifat elastisitas, seperti pegas atau bahan elastis lainnya, dapat mengikuti Hukum Hooke.