epanrita.net – Elastisitas merupakan sifat suatu benda yang dapat kembali ke bentuk semula setelah mengalami deformasi. Materi ini sangat penting dalam fisika kelas XI, terutama dalam memahami prinsip-prinsip gerak pada benda dan kegunaan dari prinsip elastisitas pada teknologi modern. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal elastisitas fisika kelas XI beserta penjelasan dan jawabannya.
Pendahuluan
- Definisi elastisitas dan fungsinya
- Rumus elastisitas
- Jenis-jenis deformasi pada benda
Elastisitas merupakan sifat benda yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, terutama dalam dunia teknologi modern. Dalam fisika, elastisitas didefinisikan sebagai kemampuan suatu benda untuk mengembalikan bentuk aslinya setelah mengalami deformasi. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal elastisitas fisika kelas XI beserta penjelasan dan jawabannya.
Contoh Soal dan Pembahasan
1. Soal
Sebuah pegas dengan gaya konstanta 100 N/m diregangkan sejauh 0,2 m. Berapa besar gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas tersebut sejauh 0,4 m?
Jawaban
Diketahui:
- k = 100 N/m
- Δx = 0,2 m
- x = 0,4 m Ditanya: F = ?
Rumus elastisitas pegas: F = kΔx
Maka, F = 100 N/m x (0,4 m – 0,2 m) F = 20 N
Jadi, untuk meregangkan pegas sejauh 0,4 m diperlukan gaya sebesar 20 N.
2. Soal
Sebuah bola bermassa 0,5 kg dilempar dari ketinggian 1,5 m di atas permukaan lantai yang keras. Bola tersebut memantul dan ketinggiannya menjadi 1 m. Hitunglah koefisien restitusi antara bola dan lantai.
Jawaban
Diketahui:
- m = 0,5 kg
- h1 = 1,5 m
- h2 = 1 m Ditanya: e = ?
Kita dapat menggunakan rumus energi kinetik dan potensial untuk menyelesaikan soal ini.
Energi awal:
Ek1 + Ep1 = mgh1
Energi akhir:
Ek2 + Ep2 = mgh2
Karena bola dipantulkan, maka energi kinetik pada saat tiba di permukaan lantai menjadi nol. Maka:
Ep1 = Ek2 + Ep2
Jadi,
mgh1 = (1/2)mv^2 + mgh2
Dalam kasus ini, kita ingin mencari koefisien restitusi e. Kita tahu bahwa koefisien restitusi didefinisikan sebagai rasio kecepatan relatif bola dan lantai setelah tumbukan dibandingkan dengan kecepatan relatif sebelum tumbukan.
Kita dapat menulis persamaan kecepatan sebelum dan setelah tumbukan sebagai berikut:
v1 = √(2gh1)
v2 = √(2gh2)
Karena bola dipantulkan, maka:
v1 – v2 = -e(v2 – v1)
Maka,
e = (v1 – v2)/(v2 – v1)
Substitusikan persamaan kecepatan ke dalam persamaan di atas, maka:
e = (√(2gh1) – √(2gh2))/(-√(2gh2) + √(2gh1))
e = (√(2g(h1 + h2)) – √(2gh2))/(√(2gh2) – √(2g(h1 + h2)))
e = (√(2g(1,5+1)) – √(2x10x1))/(√(2x10x1) – √(2g(1,5+1)))
e = 0,638
Jadi, koefisien restitusi antara bola dan lantai adalah 0,638.
3. Soal
Sebuah benda dengan massa 5 kg digantungkan pada sebuah pegas. Pegas yang digunakan memiliki gaya konstanta sebesar 100 N/m. Jika benda tersebut digantungkan dan dibiarkan diam, tentukan panjang pegas saat kondisi setimbang.
Jawaban
Diketahui:
- m = 5 kg
- k = 100 N/m Ditanya: x = ?
Kita dapat menggunakan rumus elastisitas pegas untuk menyelesaikan soal ini: F = kx
Kita tahu bahwa pada keadaan setimbang, berat benda sama dengan gaya yang ditimbulkan oleh pegas. Maka: mg = kx
x = mg/k
Substitusikan nilai m, g, dan k ke dalam rumus di atas, maka: x = 5 kg x 9,8 m/s^2 / 100 N/m
x = 0,49 m
Jadi, panjang pegas saat kondisi setimbang adalah 0,49 m.
Berikut adalah 6 contoh soal elastisitas fisika kelas XI beserta jawabannya:
1. Jika sebuah pegas dengan konstanta pegas 10 N/m ditarik sejauh 5 cm, berapa gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas tersebut?
Jawaban:
F = kx = 10 N/m x 0,05 m = 0,5 N
2. Jika sebuah benda dengan massa 2 kg digantungkan pada sebuah pegas vertikal, dan pegas meregang sejauh 10 cm, berapa konstanta pegasnya?
Jawaban:
k = mg/x = 2 kg x 9,8 m/s² / 0,1 m = 196 N/m
3. Jika sebuah pegas dengan panjang awal 10 cm ditarik sejauh 2 cm, berapa persen perubahan panjang pegas tersebut?
Jawaban:
% perubahan panjang = ΔL / L x 100% = 2 cm / 10 cm x 100% = 20%
4. Jika sebuah bola dengan massa 0,5 kg dilemparkan pada sebuah dinding, dan pantulannya terlempar kembali dengan kecepatan 5 m/s, berapa besar impuls yang diterima dinding?
Jawaban:
Δp = 2mv = 2 x 0,5 kg x 5 m/s = 5 Ns
5. Jika sebuah bola dengan massa 0,1 kg dijatuhkan dari ketinggian 2 m di atas lantai, dan pantulannya mencapai ketinggian 1,6 m, berapa koefisien restitusinya?
Jawaban:
v_f = √(2gh) = √(2 x 9,8 m/s² x 2 m) = 4,43 m/s
v_f’ = √(2gh’) = √(2 x 9,8 m/s² x 1,6 m) = 3,98 m/s
e = v_f’ / v_i = 3,98 m/s / 4,43 m/s = 0,9
6. Jika sebuah bola dengan massa 0,2 kg dilemparkan dengan kecepatan 10 m/s, berapa besar gaya gesek udara yang diterima bola selama terbang?
Jawaban:
Gaya gesek udara = 0,5ρAv²C_d = 0,5 x 1,2 kg/m³ x π x (0,1 m)² x 10 m/s² x 0,4 = 0,12 N
Kesimpulan
Dalam artikel ini, kita telah membahas beberapa contoh soal elastisitas fisika kelas XI beserta penjelasan dan jawabannya. Dengan memahami konsep elastisitas, kita dapat menghitung berbagai macam masalah yang berkaitan dengan deformasi benda dan penggunaannya dalam teknologi modern.
FAQ:
1. Apa itu elastisitas?
Elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk aslinya setelah diberi gaya yang menyebabkan perubahan bentuk pada benda tersebut.
2. Bagaimana menghitung elastisitas pada benda?
Elastisitas pada benda dapat dihitung dengan menggunakan rumus konstanta pegas atau modulus elastisitas.
3. Apa perbedaan antara elastisitas dan plastisitas?
Elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk aslinya setelah diberi gaya, sedangkan plastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk tetap dalam bentuk yang telah diubah meskipun gaya sudah dihilangkan.
4. Apa saja jenis elastisitas pada benda?
Jenis elastisitas pada benda antara lain elastisitas volume, elastisitas geser, dan elastisitas bulk.
5. Bagaimana cara mengukur elastisitas pada benda?
Elastisitas pada benda dapat diukur dengan menggunakan alat pengukur seperti penggaris, pegas, atau alat pengukur lainnya yang sesuai dengan jenis elastisitas yang ingin diukur.
