Hukum Hooke (Gaya Pegas) ǀ Penurunan Persamaan (Rumus), Seri-Parelel, Perbedaannya dengan Osilasi Pegas, Usaha, & Energi Pegas

Gaya pegas adalah gaya pemulih akibat tarikan atau tekanan yang dilakukan gaya eksternal pada pegas. Apakah itu gaya pemulih, gaya eksternal, hukum hooke, k pegas yang disusun seri dan paralel, energi pegas, usaha pegas, perbedaan gaya pegas dan osilasi pegas? Mari, kita bahas bersama secara detail.

Sebuah pegas dengan tingkat kekakuan k ditarik atau ditekan sehingga bergeser dari posisi setimbangnya atau menyimpang sebesar x. Tarikan atau tekanan dapat dilakukan pada pegas horisontal atau vertikal. Tarikan atau tekanan yang dilakukan tangan ini berperan sebagai gaya eksternal.

Baca sebelumnya : Usaha yang Dilakukan Pegas ǀ Gaya Pegas (Hooke), Usaha Pegas, Usaha Gaya Eksternal, Persamaan, dan Grafik

Akibatnya, gaya pemulih muncul pada struktur pegas. Gaya ini memiliki arah yang selalu berlawanan dengan arah gaya eksternal. Berdasarkan pemaparan di atas, kita dapat menyebut gaya pegas sebagai gaya pemulih (pegas).

Disini, pegas seolah-olah ingin kembali ke posisi setimbangnya dan tidak ingin terusik oleh gaya eksternal. Kita juga dapat memunculkan sebuah gaya eksternal yang terukur, yaitu dengan memanfaatkan gaya berat (gravitasi) oleh beban yang digantung pada sebuah pegas vertikal.

HUKUM HOOKE

Gambar 1.1. Persamaan (Rumus) Gaya Pegas (Hukum Hooke) dan Usaha (Perubahan Energi) Pegas
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Pada sebuah percobaan pegas, kita menemukan hubungan antara gaya pegas dan perubahan simpangan pegas akibat tarikan atau tekanan adalah berbanding lurus. Tanda sebanding dapat hilang dan berubah menjadi sama dengan, jika kita menambahkan sebuah konstanta k. k adalah konstanta pegas atau konstanta kekakuan.

Tanda negatif hanya sebuah keterangan yang menandakan bahwa gaya pegas F berlawanan dengan gaya eksternal yang menyebabkan pegas menyimpang sebesar x. Dalam perhitungan, kita tidak perlu merepotkan tanda ini.

Semakin besar nilai k, maka semakin besar nilai F (gaya pemulih pegas) karena benda semakin kaku. Nilai k berbanding terbalik dengan x. Jadi, benda yang sangat elastis akan memiliki nilai k yang kecil dibanding benda yang tidak terlalu elastis.

Dari gambar 1.1, kita dapat mengetahui salah satu pernyataan hukum hooke adalah besarnya gaya F sebanding dengan pertambahan panjang x. Pernyataan lain hukum Hooke juga dipaparkan pada subbab tegangan dan regangan (elastisitas benda padat).

Gaya F memang berbanding lurus dengan x, tetapi hal ini memiliki jangka waktu. Pada nilai x tertentu, benda akan kehilangan elastisitasnya karena mencapai batas lenturnya. Jika kita memaksakan untuk menambah terus nilai F, maka benda tersebut akan rusak, patah, atau putus.

Benda akan sesuai dengan hukum hooke hanya sampai pada titik kritisnya. Setelah di atas titik kritis, hukum hooke F=kx tidak lagi berlaku.

PERBEDAAN GAYA PEGAS DAN OSILASI PEGAS

Anggap saja gaya pegas adalah pegas yang sedang diregangkan atau ditarik dengan gaya eksternal Feks dan muncul gaya pemulih F pada struktur pegas. Pegas diam dan tenang pada kondisi ini, dimana perubahan x nya tetap.

Osilasi pegas disini berarti pegas berada dalam kedaan bergerak bolak-balik. Otomatis, nilai x pada pegas berubah-ubah. Gaya pemulih F pada nilai x yang berbeda, tentu akan berbeda. Jadi, gaya pemulih pegas pada pegas yang berosilasi akan berubah-ubah nilainya.

PEGAS YANG DISUSUN SERI DAN PARALEL

Pada beberapa kasus, pegas dapat disusun seri ataupun parallel dengan tujuan tertentu. Kita dapat menghitung nilai k total untuk pegas yang disusun ini dengan nilai k yang ekuivalen dengannya. Anggap saja, kita akan menyederhanakan pegas ini menjadi satu, sehingga kita perlu nilai k total.

Gambar 1.2. Persamaan (Rumus) Pegas Seri dan Pegas Paralel dan Asal Persamaan (Rumus)-nya
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

ENERGI PADA PEGAS YANG DITARIK ATAU DITEKAN

Apakah pegas memiliki energi saat ia teregang atau tertekan? Tentu, energi yang dikandung pegas ini adalah energi potensial pegas, baik saat pegas horisontal ataupun vertikal. Kita akan pisahkan konsep energi potensial pegas ini dengan konsep energi potensial gravitasi (mgh).

Lantas, bagaimana dengan energi kinetik pegas? Kita akan mudah mengidentifikasi energi kinetik pegas saat pegas berosilasi. Jadi, kita tidak akan membahas energi kinetik pegas pada pegas yang sedang diam ini.

Ingat! energi kinetik adalah energi yang dimiliki sistem karena kelajuannya.

Persamaan (rumus) energi potensial pegas sedikit berbeda dengan persamaan energi potensial gravitasi (mgh). Perhatikan persamaan x pada gambar 1.1. Sehingga, usaha W yang dilakukan pegas = perubahan energi potensialnya.

Baca selanjutnya : Osilasi (Getaran) ǀ Penurunan Persamaan Gelombang Sinusoidal, Merubah Getaran menjadi Grafik Sinus & Lingkaran

KESIMPULAN

Hukum hooke menegaskan bahwa gaya pemulih pegas F berbanding lurus dengan pertambahan panjangnya x. Persamaan diturunkan dengan merubah tanda sebanding dengan sama dengan tetapi diberi besaran k sebagai gantinya. Saat pegas divariasi dengan susunan seri atau paralel, kita dapat menggantinya dengan satu pegas yang memiliki nilai k yang ekuivalen. Usaha yang dilakukan pegas pada kondisi ini = perubahan energi potensialnya. Sebagai catatan, F pada pegas yang berosilasi jelas berbeda dengan pegas yang stabil.