Saat mempelajari tentang fisika, tentu akan menemukan beragam hukum yang berlaku. Salah satunya ialah hukum hooke. Lalu, apa itu hukum hooke? Mari simak penjelasannya di bawah ini.
Pengertian Hukum Hooke
Hukum Hooke merupakan hukum yang berkaitan dengan gaya elastis yang ada di dalam pegas atau per. Teori ini dikemukakan oleh ilmuwan asal Inggris, Robert Hooke.
Robert Hooke membagi benda ke dalam dua jenis, yaitu bersifat plastis dan juga elastis. Benda bersifat plastis ini merupakan benda yang tidak mengalami perubahan saat diberi gaya (tarik).
Sedangkan benda elastis adalah benda yang bisa mengalami perubahan saat diberi gaya, benda itu juga bisa kembali ke bentuk semulanya setelah tidak diberi gaya. Contohnya adalah karet, shock breaker, dan busur panah.
Dalam penelitiannya Robert Hooke melakukan percobaan dengan benda elastis dan kemudian ia mengamati terkait dengan hubungan gaya terhadap gaya pegas. Hasilnya, Hooke mengatakan bahwa besar gaya akan berbanding lurus dengan jarak kembalinya pegas atau per ke posisi awal.
Baca juga: Reaksi Eksoterm dan Endoterm: Pengertian dan Perbedaan
Sejarah Hukum Hooke
Robert Hooke ini adalah seorang ilmuwan yang berasal dari Freshwater, Inggris. Robert Hooke ini merupakan ahli matematika yang juga seorang putra dari pendeta di museum Gereja All Saints.
Pada awalnya, Hooke ini bukan tertarik pada bidang sains, tetapi justru ke seni. Ia kemudian pergi ke London untuk menggapai cita-citanya tersebut.
Namun, pada perjalanannya, minat Hooke berubah ke matematika. Ia mencoba mendaftarkan diri di sekolah Westminster untuk mempelajari matematika. Setelah itu, ia juga mempelajari matematika di Universitas Robert Boyle setelah direkomendasikan oleh profesor kimia bernama Thomas Willis yang selama ini membimbing Hooke.
Hooke kemudian terus berkembang selama meniti ilmu di Universitas Robert Boyle. Singkat cerita, pada abad ke-17, Hooke kemudian mencoba mengamati hubungan gaya tarik dengan gaya pegas. Dan kemudian ia menemukan bahwa adanya pertambahan panjang pada suatu pegas ketika diberi gaya tarik.
Selain itu, karakteristik pegas yang bermacam-macam juga memengaruhi pertambahan panjang. Sejak saat itulah hukum pegas ini diketahui sebagai Hukum Hooke.
Rumus Hukum Hooke
Hukum Hooke kemudian dijelaskan dalam rumus matematika berikut ini:
F = – k.x
Keterangan:
F = Gaya 9N)
k = konstanta pegas (N/m)
x = Pertambahan panjang dari pegas dari posisi awal (m)
Melalui rumus tersebut diketahui bahwa pertambahan panjang akan muncul ketika gaya tarik menarik dilakukan. Namun, pertambahan panjang itu juga bergantung pada material dari pegas tersebut.
Misalnya, sebuah pegas yang terbuat dari baja akan sulit memanjang atau meregang walaupun sudah diberi gaya tarik yang besar.
Hal tersebut bisa terjadi karena masing-masing pegas memiliki karakteristik yang disebut dengan tetapan gaya. Artinya, tetapan gaya yang dimiliki oleh barang seperti karet kecil karena lebih mudah untuk meregang.
Energi Potensial Pegas
Energi potensial pegas ini merupakan energi yang diperlukan untuk meregangkan pegas. Misalnya, dalam olahraga memanah bisa ditentukan energi yang diperlukan untuk menarik busur panah.
Energi potensial ini bisa dihitung dari hubungan antara pegas dengan pertambahan panjangnya.
Ep = ½ F . x atau Ep = ½ (k.x) . x
Keterangan:
Ep = Energi potensial pegas (J)
k = Tetapan dari sebuah pegas (N/m)
x = pertambahan panjang pegas dari posisi awal (m)
Modulus Elastisitas atau Modulus Young
Modulus Elastisitas ini merupakan angka yang digunakan untuk mengukur ketahanan suatu bahan untuk mengalami deformasi elastisitas. Modulus elastisitas merupakan perbandingan dari regangan dan tegangan.
a. Tegangan (Stress)
Tegangan ini merupakan gaya per satuan luas sebuah penampang yang memiliki satuan N/m2.
b. Regangan (Strain)
Regangan ini adalah perbandingan dari pertambahan panjang terhadap gaya yang diberikan pada awal.
Bunyi Hukum Hooke
Berdasarkan gambaran-gambaran awal yang telah dijelaskan oleh Hooke, maka secara sederhana dapat disebutkan bahwa semakin besar gaya atau tarikan yang diberikan kepada suatu benda yang bersifat elastis, maka pegas akan semakin mengalami pertambahan panjang dari posisi awalnya.
Hukum Hooke itu sendiri berbunyi:
“Jika gaya tarik yang diberikan pada suatu pegas tidak melebihi batas elastisitas suatu benda, maka pertambahan panjangnya akan berbanding lurus dengan gaya tariknya.”
Setelah membaca penjelasan itu, tentunya kalian sudah mulai terbayang dengan apa yang sebenarnya ingin disampaikan oleh Hooke.
Hooke ini ingin sebenarnya ingin menjelaskan ketika sebuah benda yang bersifat elastis seperti karet dapat mengalami perubahan panjang ketika ditarik. Tetapi, karet itu adalah salah satu benda elastis yang memiliki tetapan yang kecil sehingga mudah ditarik menjadi lebih panjang.
Namun beda cerita jika kita menarik benda pegas, seperti shock breaker pada mobil yang memiliki tetapan pegas yang besar, sehingga akan lebih berat untuk ditarik atau membutuhkan gaya tarikan yang lebih kuat agar terjadi pertambahan panjang.
Aplikasi Hukum Hooke dalam Kehidupan Sehari-hari
Setelah memahami penjelasan di atas, maka ada beberapa aktivitas yang sebenarnya berkaitan dengan hukum Hooke, yaitu:
- Mainan ayunan yang memiliki sifat pegas.
- Jam yang menggunakan per untuk mengatur waktu
- Kronometer yang dipakai untuk menentukan posisi kapal di tengah laut.
- Alat pengukur percepatan dari gravitasi bumi.
- Sambungan tongkat persneling di dalam kendaraan.
- Teleskop yang bisa digunakan untuk memantau benda di jarak jauh.
- Mikroskop yang digunakan untuk melihat benda kecil yang tidak bisa dilihat secara kasat mata.
Besaran Hukum Hooke
Ada beberapa besaran hukum Hooke, yaitu:
1. Tegangan
Tegangan adalah kondisi dimana suatu benda mengalami pertambahan panjangnya ketika ditarik ujungnya. Rumus dari tegangan ini adalah
σ = F/A
Keterangan:
σ = tegangan (N/m2)
F = gaya (N)
A = luas penampang (m2)
2. Regangan
Regangan ini adalah perbandingan yang muncul antara panjang normal atau mula dan panjang yang sudah bertambah. Rumus regangan adalah:
e = ΔL/ Lo
Keterangan:
e = regangan
ΔL = pertambahan panjang (m)
Lo = panjang mula atau awal (m)
3. Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas ini seperti yang telah dijelaskan adalah perbandingan antara tegangan dengan regangan dari pegas. Rumusnya adalah:
E = σ/e
Keterangan:
E = Modulus Elastisitas (N/m)
σ = tegangan (N/m2)
e = regangan
4. Mampatan
Mampatan ini nyaris sama dengan regangan, tetapi yang membedakan adalah dari sisi arah perpindahan molekul setelah benda diberi gaya.
5. Hubungan Gaya Tarik dengan Modulus Elastisitas
Hubungan antara gaya tarik dengan modulus elastisitas secara matematis dirumuskan sebagai berikut:
F/A = E ΔL/Lo
Keterangan:
F= Gaya (N)
E = Modulus Elastisitas (N/m)
σ = tegangan (N/m2)
e = regangan
A = luas penampang (m2)
ΔL = pertambahan panjang (m)
Lo = panjang mula atau awal (m)
Hukum Hooke pada Susunan Pegas
Susunan pegas terbagi menjadi dua jenis, yaitu:
1. Susunan Seri
Susunan seri ini merupakan kondisi dimana dua pegas mengalami tetapan pegas yang sama dalam sebuah rangkaian seri, maka panjang dari pegas itu akan berubah menjadi 2 kali lipat. Persamaannya adalah:
Ks = ½ k
Keterangan:
Ks = Persamaan Pegas
k = konstanta pegas (N/m)
Sementara persamaan untuk pegas yang disusun secara seri adalah:
Ks = k/n
Keterangan:
n = Jumlah pegas
2. Susunan Paralel
Susunan paralel adalah kondisi ketika pegas disusun paralel maka pegas akan tetap seperti bentuk awal, tetapi luas dari penampangnya berubah menjadi 2x lipat dari semula jika pegas disusun dua buah. Persamaannya adalah:
Kp = 2k
Keterangan:
Kp = Persamaan pegas pada susunan paralel
k = konstanta pegas (N/m)
Sedangkan persamaan juka pegas memiliki tetapan yang sama dan disusun secara paralel persamaannya adalah:
Kp = nk
Keterangan:
n = Jumlah pegas
Contoh Soal Hukum Hooke
Suatu pegas bertambah panjangnya sebesar 25 cm setelah ditarik. Bila pegas tersebut memiliki konstanta sebesar 400 N/m. Berapakah gaya tarik yang diberikan kepada pegas tersebut?
Jawab:
k = 400 N/m
x = 25 cm = 0,25 m
F = ?
F = k.x
F = 400 x 0,25
F = 100 N
Maka gaya tarik yang diberikan pada pegas tersebut adalah 100 Newton.
Demikianlah pembahasan mengenai Hukum Hooke beserta dengan rumus-rumusnya. Materi seperti Hukum Hooke ini akan terasa lebih mudah dipahami di Sampoerna Academy karena pada prinsipnya Sampoerna Academy akan memberikan metode pengajaran praktek yang memotivasi eksplorasi, kolaborasi, kreativitas, serta penerapan pengetahuan dan keterampilan.
Oleh karena itu, segera bergabunglah dengan Sampoerna Academy, karena hanya di Sampoerna Academy kamu akan mendapatkan pengalaman belajar yang menyenangkan dengan metode pembelajaran STEAM. Mengenai informasi lebih lanjut soal metode pengajaran yang ditawarkan di Sampoerna Academy silakan klik link ini.
Referensi
Gramedia.com – Hukum Hooke
