Gaya Pegas
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| Hooke's law/hʊks lɔː/ | Hukum Hooke |
| displacement/dɪˈspleɪsmənt/ | pindahan |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | konstanta pegas |
| restoring force/rɪˈstɔːrɪŋ fɔːs/ | gaya pemulih |
| in parallel/ɪn ˈpærəlel/ | secara paralel |
| in series/ɪn ˈsɪəriːz/ | secara seri |
Semakin banyak diregangkan, semakin keras tarikannya
- Tarik pegas sedikit dan ia menarik balik dengan lembut; tarik dua kali lebih jauh dan ia menarik balik dua kali lebih keras.
- Lepaskan dan ia melompat kembali ke posisi istirahat setiap saat.
- Dorongan balik yang rapi dan proporsional inilah yang membuat pegas sangat dapat diprediksi.
- Ini juga resep untuk setiap osilasi dalam fisika.
Hukum Hooke
- Hukum Hooke mendeskripsikan pegas ideal:
- Gayanya sebanding dengan seberapa jauh pegas direntangkan atau ditekan.
- Tanda minus menunjukkan gaya selalu mengarah kembali ke kesetimbangan.
Pilih semua pernyataan benar tentang pegas ideal.
Dua pertama adalah Hukum Hooke. Yang ketiga terbalik -- pegas yang lebih kaku memiliki $k$ yang lebih besar.
Kekakuan dan simpangan
- Konstanta pegas $k$ mengukur kekakuan -- semakin besar $k$, semakin keras pegas tersebut.
- Simpangan $x$ diukur dari panjang istirahat alami pegas.
- Pada grafik gaya terhadap simpangan, $k$ hanyalah kemiringan garis.
Hooke's law: F = -kx
Tingkatkan gaya dan lihat pegas meregang secara proporsional -- kemiringannya adalah konstanta pegas k.
Gaya $6\ \text{N}$ meregangkan pegas sejauh $0.30\ \text{m}$. Berapa konstanta pegasnya (dalam N/m)?
$k = F/x = 6/0.30 = 20\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$.
Pada grafik gaya terhadap perpindahan, konstanta pegas adalah ____ garis tersebut.
Karena $F = kx$ (besar), grafiknya adalah garis lurus yang kemiringannya adalah $k$.
Gaya pemulih
- Karena selalu mengarah kembali ke tengah, gaya pegas adalah gaya pemulih.
- Regangkan ke kanan → ia tarik ke kiri; tekan ke kiri → ia tolak ke kanan.
- "Kembali ke tengah" yang konstan inilah yang tepat menggerakkan massa pada pegas untuk berosilasi.
Anda meregangkan pegas ke kanan. Gaya pegas mengarah...
Gaya pemulih selalu berlawanan dengan perpindahan -- diregangkan ke kanan, ia menarik ke kiri.
Tanda minus dalam $F_s = -kx$ menunjukkan bahwa gaya pegas berlawanan dengan perpindahan.
Ya -- tanda mengkodekan arah "pemulihan", selalu kembali menuju kesetimbangan.
Menggabungkan pegas
- Pegas paralel (berdampingan) bertindak lebih kaku: $k_{eq} = k_1 + k_2$.
- Pegas seri (ujung ke ujung) bertindak lebih lunak: $\dfrac{1}{k_{eq}} = \dfrac{1}{k_1} + \dfrac{1}{k_2}$.
- Ini persis kebalikan dari cara menggabungkan resistor.
Dua pegas identik $k = 100\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ diletakkan paralel. Berapa konstanta pegas ekuivalen (dalam N/m)?
Pegas paralel dijumlahkan, menghasilkan $k_{eq} = 100 + 100 = 200\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ -- lebih kaku jika digabungkan.
Sebuah pegas meregang $0.20\ \text{m}$ ketika ditarik oleh gaya $10\ \text{N}$.
- Konstanta pegas: $k = \dfrac{F}{x} = \dfrac{10}{0.20} = 50\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$.
- Regangkan dua kali lebih jauh ($0.40\ \text{m}$) dan ia menarik balik dengan $20\ \text{N}$ -- selalu menuju posisi istirahatnya.
Tanda minus dalam $F_s = -kx$ bukan sekadar hiasan -- ia menyandikan arah. Gaya pegas tidak pernah searah dengan tarikan Anda; selalu melawan simpangan. Hilangkan tandanya dan Anda kehilangan konsep "pemulih" sepenuhnya.
Hukum Hooke: $F_s = -kx$ -- gaya pegas sebanding dengan simpangan-nya dan selalu mengarah kembali ke kesetimbangan (gaya pemulih). Konstanta pegas $k$ adalah kekakuan (kemiringan dari $F$ vs $x$). Pegas paralel menambah kekakuan; pegas seri membuatnya lebih lunak.