ELASTISITAS ZAT PADAT (SOAL DAN PEMBAHASAN)

soal dan pembahasan Elastisitas benda Padat part #1
update: septemberr 2023

1. kemanakah arah gaya pemulih pegas....
a. searah regangan
b. searah gaya tarik
c. searah tegangan
d. berlawanan arah dengan gaya tarik / tekan
e. tegak lurus dengan gaya tarik / tekan
jawaban: D
pembahasan:
berdasarkan hukum hooke - rumus gaya pemulih:

F = - k . Δx
tanda minus ( - ) menunjukkan arah yang berlawanan

soal no. 2
sub bab: usaha pegas, energi potensial pegas

tipe soal: pilihan ganda

2. Sebuah pegas mempunyai grafik hubungan F dan x seperti gambar berikut ini. Usaha yang diperlukan untuk menarik pegas sejauh 1 cm adalah…....(tg α = 200 )

A.      200 J

B.      100 J

C.      0,02 J

D.      0,01 J

E.       0,001 J
jawaban: D

pembahasan:

diketahui:

k = tg α = 200 N/m

Δx = 1 cm = 0,01 m

ditanya: W

rumus usaha pegas dan potensial pegas:

W = Ep = ½ . k . Δx²

W = ½ . 200 . 0,01²

W = 100 . 10^-4

W = 10^-2

W = 0,01 Joule

sub bab: rangkaian seri pegas, hukum hooke, gaya pegas

tipe soal: pilihan ganda

3. Dua buah pegas dengan konstanta masing-masing 300 Nm^-1 dan 600 Nm^-1 disusun seri kemudian digantungkan sebuah benda yang menyebabkan susunan pegas bertambah panjang 5 cm. Massa benda tersebut seharusnya … . (percepatan gravitasi g = 10 ms^-2)

A.    2,5 kg

B.     2 kg

C.     1,5 kg

D.    1 kg

E.     0,5 kg

Jawaban : D

pembahasan:

rangkaian pegas pengganti seri:

    300.600
k = _________
    300+600

k = 1800/9 = 200 N/m

Rumus gaya pegas:
F = k . Δx
m . g = k . Δx
10 m = 200 . 0,05
m = 1 kg

soal elastisitas No. 4
sub bab: energi potensial pegas dan energi kinetik
tipe soal : pilihan ganda
4. busur panah terbuat dari bahan elastis dengan k = 400 N/m, jika anak busur dengan massa 100 gram ditarik pada busur dan menyebabkan busur panah merenggang sepanjang 50 cm, kecepatan anak panah sesaat setelah di lepaskan sebesar...
a. √2
b. √5
c. √10
d. √15
e. √3

pembahasan:

Ep = Ek

1/2 . k . Δx² = 1/2 . m . v²

400 . 0,5² = 0,1 . v²

100 = 0,1 . v²

10 = v²

v = √10 m/s

5. tiga buah pegas dirangkai seri paralel seperti gambar berikut!

pertambahan panjang sistem pegas adalah...

a. 10 cm

b. 20 cm

c. 30 cm

d. 40 cm

e. 50 cm

kunci jawaban: D

pembahasan: 

- pegas paralel

k = 150 + 150 = 350 N/m

- k total dengan rumus pegas seri

    150.300
k = _________
    150+300
    45000
k = _______
     450
k = 100 N/m

- mencari pertambahan panjang dengan rumus hukum hooke

F = k . Δx

m.g = k . Δx

40 = 100 . Δx

Δx = 0,4 m = 40 cm

6. Perhatikan enam buah rangkaian pegas di bawah ini

K1 = k2 = k3 = 200 N/m ; k4 = k5 = 100 N/m ; k6 = 300 N/m

Nilai konstanta pegas pengganti rangkaian diatas sebesar...

A. 200 N/m

B. 300 N/m

C. 400 N/m

D. 500 N/m

E. 100 N/m

jawab: E

Pembahasan dan penyelesaian:

- pegas 1, 2 dan 3 paralel

k = 200 + 200 + 200 = 600 N/m

- pegas 4, 5

k = 100 + 100 = 200 N/m

- k total

1/k = 1/600 + 1/200 + 1/300

1/k = 1/600 + 3/600 + 2/600

1/k = 6/600

k = 600/6

k = 100 N/m

7. sebuah pegas dengan tetapan pegas sebesar 200 N/m dipotong menjadi dua bagian sama besar kemudian disusun secara paralel. besar tetapan pegas total sekarang sebesar....... N/m

A. 100

B. 200

C. 400

D. 600

E. 800

JAWAB: E

PEMBAHASAN DAN PENYELESAIAN:

- sebelum dipotong

k awal = 200 N/m

- setelah dipotong

1/k = 1/k' + 1/k'

1/200 = 2/k'

k' = 400

(k' = tetapan pegas tiap tiap bagian setelah dipotong)

- saat dirangkai paralel

kp = 400 + 400 = 800 N/m

8. sebuah pegas saat ditarik gaya sebesar 80 N merenggang sejauh 4 cm, besar energi potensial pegas tersebut adalah...

A. 4 J

B. 8 J

C. 16 J

D. 32 J

E. 64 J

kunci jawaban: C

penyelesaian dan pembahasan:

Ep = 1/2 . F. Δx = 1/2 . 80 . 0,4 

Ep = 16 joule

9. Perhatikan gambar dua pegas yang dihububgkan dengan balok 4 kg yang berada pada bidang miring licin berikut!

Jika k1 = k2 = 100N/m. Maka besar pertambahan panjang pegas adalah....

A. 1 cm

B. 1,2 cm

C. 2 cm

D. 2,4 cm

E. 3 cm

kunci jawaban:

Penyelesaian dan pembahasan:

F = k. Δx

mg. sin37° = (k1+k2).Δx

40.0,6 = 200. Δx

Δx = 2,4/200 = 1,2.10^-2 m = 1,2 cm

soal no. 10
sub bab: tegangan, regangan, modulus young
tipe soal : esai / uraian
 Sebuah tali berdiameter 20 mm dengan panjang 30 cm salah satu ujung diikat pada suatu bidang, ketika ujung yang lain ditarik dengan gaya sebesar 44 N sehingga panjang tali menjadi 40 cm. hitung:
a. tegangan
b. regangan
c. modulus elastis / modulus young

pembahasan:
diketahui:
D = 20 mm 
r = 10 mm =10 -2m
L = 30 cm = 0,3 m
F = 44 N
ΔL = 40 cm - 30 cm = 10 cm = 0,1 m

a. Tegangan
- luas penampang:

A = π.r² = (22/7).10 -4

- rumus tegangan:

     F
σ = ___
     A

        44
σ = ____________
    (22/7).10 -4

σ = 14 . 10 4 N/m²

b. Regangan

rumus regangan:

     ΔL
e = ____
     L

e = 10/30

e = 1/3

c. modulus young

rumus modulus young

     σ
Y = ____
     e

     14 . 10⁴
Y = __________
       1/3

Y = 52 . 10⁴ N/m²

Soal UTBK 2021 : tentang elastisitas 3 dimensi dan modulus Bulk
11. Sebuah bola pejal tenggelam ke dasar laut sehingga jari-jarinya berubah menjadi r akibat perubahan tekanan ΔP. Jika modulus bulk bola sebesar B, volume bola mula-mula adalah ....
Jawab:
Pembahasan:
Rumus modulus bulk:

(12) UN Fisika 2008 P4 No. 12 : soal Ep pegas – hukum hooke

Grafik hubungan gaya dan panjang pegas (F-x)

berdasarkan grafik tersebut besar energi potensial pegas adalah....

A. 20 joule

B. 16 joule

C. 3,2 joule

D. 1,6 joule

E. 1,2 joule

Jawab : D

Pembahasan:

Ep = ½ . F . Δx = ½ . 40 . 0,08 = 1,6 J

(13) UN Fisika 2009 P04 No. 11 : soal gaya pegas – hukum hooke

Tiga buah pegas yang identik dengan k₁ = k₂ = k₃ disusun seperti pada gambar!

  

Jika beban 300 gram digantung pada pegas k₁ , pegas meregang dan bertambah panjang 4 cm. Besar konstanta susunan pegas total angkaian di atas adalah …

A. 225 N.m ⁻¹

B. 75 N.m ⁻¹

C. 50 N.m ⁻¹

D. 25 N.m ⁻¹

E. 5 N.m ⁻¹

Jawab: E

Pembahasan:

F = k . Δx

m.g = k . Δx

0,8 . 10 = k . 4 . 10^-2

8 = k. 4 . 10^-2

K_total = 800/4 = 200

- Rumus rangkaian pegas seri

1/k = 1/k1 + 1/k2

1/200 = 1/2k + 1/k

1/200 = 3/2k

k = 600/2 = 300 

(14) UN Fisika 2009 P45 No. 10 : soal rangkaian pegas – hukum hooke

Tiga buah pegas disusun seperti gambar berikut ini.

 

Jika konstanta pegas k ₁ = 3 Nm ⁻¹ . k ₂ = 3 Nm ⁻¹ dan k 3 = 6 Nm ⁻¹ , besar konstanta susunan pegas pengganti diatas adalah ...

A. 1 Nm ⁻¹

B. 3 Nm ⁻¹

C. 7,5 Nm ⁻¹

D. 12 Nm ⁻¹

E. 15 Nm ⁻¹

Jawab: B

Pembahasan:

- Rumus rangkaian pegas seri - paralel

1/k = 1/k_p + 1/k₃

1/k = 1/6 + 1/6

1/k = 2/6

K = 6/2 = 3

(15) UN Fisika 2010 P04 No. 9 : soal pegas – hukum hooke

Percobaan hukum hooke dengan sebuah pegas dan digantung menghasilkan data berulang sebagai berikut:

 

Dimana F adalah gaya beban pegas dan Δx adalah pertambahan panjang pegas. Dapat ditarik kesimpulan tetapan atau konstanta pegas sebesar....

A. 800 N.m ⁻¹

B. 80 N.m ⁻¹

C. 8 N.m ⁻¹

D. 0,8 N.m ⁻¹

E. 0,08 N.m ⁻¹

Jawab: C

Pembahasan:

F = k . Δx

88 = k . 11

k = 8 N/m

(16) UN Fisika 2010 P04 No. 10 : soal pegas – hukum hooke

Tiga pegas identik dengan konstanta k₁ = k₂ = k₃ 1000 N.m⁻¹ disusun seperti gambar.

(ΔL = pertambahan panjang pegas). Anggap susunan pegas hanya dipengaruhi oleh berat beban yang menggantung. Jika susunan pegas bertambah panjang 6 cm, maka pertambahan panjang untuk tiap tiap pegas adalah....

Jawab: A

rangkaian pegas seri

K = 6/3 = 2 cm

 (17) UN Fisika 2010 P37 No. 5 : soal pegas – hukum hooke

Tiga buah pegas A, B, dan C identik dirangkai seperti beikut

Jika beat beban sebesar 1,2 N sehingga sistem pegas bertambah panjang panjang sebesar 0,4 cm, tetapan elastis  pegas masing -masing pegas sebesar....

A. 200 Nm ⁻¹

B. 240 Nm ⁻¹

C. 300 Nm ⁻¹

D. 360 Nm ⁻¹ 

Jawab: A

Pembahasan:

F = k . Δx

1,2 = k . 0,006

K = 1,2/0,006 = 1200/6 = 200

¹/_ks = ¹/_2k + ¹/_k

¹/₂₀₀ = ¹/_2k + ²/_2k

¹/₂₀₀ = ³/_2k

2k = 600

k = 300 

(18) UN Fisika 2011 Paket 12 No. 15 : soal pegas – hukum hooke

konstanta elastisitas masing – masing pegas dibawah adalah 1600 N.m ⁻¹

Jika Secara keseluruhan pegas bertambah panjang sebesar 5 cm. besar W adalah...

A. 60 N

B. 120 N

C. 300 N

D. 450 N

E. 600 N

Jawab: A

Pembahasan:

1/k = 1/kp + 1/k

1/k = 1/4800 + 1/1600

1/k = 1/4800 + 3/4800

1/k = 4/4800

k = 4800/4 = 1200

 

F = k . Δx

w = k .0,05

w = 1200 . 0,05 = 60 N 

(19) UN Fisika SMA 2012 A86 No. 10 : soal pegas – hukum hooke

Ujung Seutas tali yang terbuat dari karet digantungkan beban sebesar 0,3 kg sedangkan ujung lainnya diikat dengan sebuah statif secara vertikal, jika karet tesebut bertambah panjang 40 mm. besar  Energi potensial (EP) karet tersebut adalah....

A. 7,5 . 10 ⁻² joule

B. 6,0 . 10 ⁻² joule

C. 4,5 . 10 ⁻² joule

D. 3,0 . 10 ⁻² joule

E. 1,5 . 10 ⁻² joule

Jawab: B

Pembahasan:

rumus energi potensial pegas

Ep = ½ . F . Δx

Ep = ½ . m.g  . Δx

Ep = ½ . 0,3 . 10 . 4 . 10^-2

Ep = 6 . 10^-2 Joule

 (20) UN Fisika SMA 2014 : soal pegas – hukum hooke

berikut grafik hubungan gaya dan pertambahan panjang benda elastis.

daerah elastis ditunjukkan pada….

A. O – P

B. O – Q

C. P – Q

D. P – R

E. Q – R 

Jawab:A

pembahasan:

OP adalah daerah elastis

PQ daerah plastis

R adalah titik patah

21. (soal USBN 2020) bab Elastisitas zat padat

Empat pegas identik dengan konstanta masing-masing pegas sebesar 400 N/m disusun seperti pada gambar.

Anggap susunan pegas hanya dipengaruhi oleh beban.  Jika susunan pegas diberi beban 0,2 kg dan percepatan gravitasi 10 m/s², maka pertambahan panjang susunan pegas tersebut adalah ….

A. 0,001 m

B.  0,002 m

C.  0,003 m

D.  0,004 m

E.   0,005 m

Jawab: E

Pembahasan:

Susunan paralel maasing – masing sebesar 800 N/m

Susunan seri;

¹/_k = ¹/_k1 + ¹/_k2

¹/_k = ¹/₈₀₀ + ¹/₈₀₀

¹/_k = ¹/₄₀₀

k = 400  ^N/_m

rumus gaya pegas dan pertambahan panjang pegas:

F = k . Δx

m.g = k . Δx

0,2 . 10 = 400 . Δx

Δx = 2/400= 0,005 m

soal No. 22 UN fisika 2019 tentang susunan pegas
22. Perhatikan empat susunan rangkaian pegas identik berikut!

Konstanta tiap pegas adalah k N.m^-l, maka urutan konstanta pengganti susunan pegaS dari nilai yang besar ke kecil adalah....

A. (4), (3), (2), dan (1)

B. (4), (2), (3), dan (1)

C. (1), (3), (4), dan (2)

D. (1), (2), (3), dan (4) 

E. (1), (4), (3), dan (2)

Kunci jawaban: E
Pembahasan:

Pegas 1
K = k + 0,5k + k = 2,5 k

Pegas 2
1/k = (1/1,5k) + (1/k)
1/k = (2/3k) + (3/3k)
1/k = 5/3k
K = 3k/5

Pegas 3
1/k = 1/k + 1/3k
1/k = 4/3k
K = 3k/4

Pegas 4
1/k = 1/2k + 1/2k
K = k

Jadi urutan dari k yang paling besar adalah:

1 - 4 - 3 - 2

23. Soal UTBK 2019 fisika Tentang gerak Harmonik dan Elastisitas
23. perhatikan gambar dibawah ini!


pada pegas diberi beban dengan massa m dalam keadaan seimbang, kemudian ditarik dengan gaya tertentu samapai titik A. jarak A dari titik seimbang adalah a, kemudian benda dilepaskan, sehingga pegas tertekan sampai di titik B, maka:
A. b < a
B. b > a
C. b = a
D. b = 1/2 a
E. b = 1/3 a
KUNCI JAWABAN: C

pembahasan:

a dan b adalam aplitudo sehingga memiliki jarak yang sama dari titik kesetimbangan

24. Sebuah sistem mekanik diperlihatkan pada gambar.

jika bidang miring licin dan Sistem setimbang serta massa katrol dan massa pegas diabaikan, Jika setiap massa dijadikan dua kali semula, cara agar sistem tetap setimbang adalah.... (Soal SBMPTN 2018)

(A) k= tetap dan Δx menjadi 2 kali semula 

(B) k menjadi 0.5 kali semula dan Δx menjadi 2 kali semula

(C) k tetap dan Δx setengah kali semula

(D) k menjadi dua kali semula dan Δx tetap

(E) k tetap dan Δx menjadi 4 kali semula

Jawab: D

KESETIMBANGAN ROTASI:

Tinjau katrol atas

Στ = 0

2R . T₂ - R . T₁ = 0

2R . T₂ = R . T₁

2T₂ = T_{1 ... ..... ..... .... ..... ....} pers i

KESETIMBANGAN TRANSLASI

ΣF = 0

Tinjau m1

m₁g sin 30 = 2T₁

T1 = ½ m₁g sin 30

Tinjau katrol tunggal bergerak

T₁ = kx

Tinjau m2

T₂ = m₂.g

Subtitusi nilai T1 dab T2 dari persamaan i:

2T₂ = T₁

2 . m₂.g = ½ m₁.g sin 30 = kx

Terlihat dari a diatas bahwa kx berbanding lurus dengan m. Sehingga agar seimbang / nilai konstan, jika kiri dinaikkan menjadi 2 kali (m) maka kanan juga harus dikalikan menjadi dua.

Sehingga, jawaban yang benar adalah D ( konstanta pega k menjadi dua kali, dan pertambahan panjang pegas x tetap)

No 25. soal pengayaan:  tentang usaha pegas, energi potensial pegas, momentum dan impuls 

25. Sebuah balok bermassa 1 kg menumbuk pegas yang posisinya mendatar seperti gambar.

Saat balok menumbuk pegas kecepatannya 1,5 m/s dan dapat menekan pegas sejauh 10 cm. Konstant pegas tersebut sebesar...
a. 2,25 N/m        d. 15 N/m
b. 22,5 N/m        d. 0,15 N/m
c. 225 N/m
jawab:
penyelesaian / pembahasan:

W = ΔEP = ΔEK = F.S

ΔEP_pegas = ΔEK

½ k.Δx² = ½ m.v²

k. 0,1² = 1. 1,5²

selanjutnya part 2 soal rangkaian pegas seri paralel hukum hooke:

elastistitas zat padat part 2