Terdapat dua kabel yang terbuat dari bahan yang sama dan memiliki panjang yang sama

Elastisitas merupakan salah satu materi fisika yang dipelajari di kelas 11 semester 1, oleh karena itu disini saya mencoba untuk membuat latihan soal dan pembahasan lengkap tentang materi fisika elastisitas, bisa dijadikan latihan untuk para siswa agar lebih memahami materi elastisitas atau referensi oleh guru dalam membuat soal ulangan. Soal yang disajikan memiliki banyak tipe soal yang diambil dari soal-soal ujian masuk atau UN sehingga cocok untuk dibuat belajar menjelang ulangan harian atau akan mengikuti tes. Sebelum melanjutkan membaca latihan soal ini, ada baiknya membaca dulu konsep rahasia perbandingan karena itu merupakan salah satu konsep yang sangat berguna dalam menyelesaikan latihan soal tentang materi fisika elastisitas ini. Selamat menikmati

Soal pilihan ganda

Soal nomor 1
Sebuah batang elastis panjangnya 4 m dan luas penampangnya 1,5 cm2. Ketika batang tersebut digantungi beban 330 kg, ternyata meregang 0,7 mm. Modulus Young bahan batang tersebut adalah .... Nm-2
A. 1,25 x 1011
B. 1,50 x 1011
C. 3,30 x 1011
D. 4,32 x 1011
E. 5,25 x 1011
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapa diketahui
ℓ0 = 4 m
A = 1,5 m2 m = 330 kg (w = m . g = 330 . 10 = 3300 N)

Δℓ = 0,7 mm = 7 x 10-4m

Jurus Jitu

Perhatikan pilihan jawaban yang tersedia, semua memiliki pengali 10-11 jadi sebenarnya pada soal ini kita diminta menghitung angkanya saja, bilangan 10 pangkatnya tidak usah termasuk koma-komanya, oleh karena itu kita bisa memasukkan angkanya saja pada persamaan E = Fℓ/A Δℓ E = 33 . 4 / 15 . 7 (ingat hanya masukkan angkanya) E = 11 . 4 / 5 . 7 E = 44 / 35

E = 1,25

Karna hasil perhitungan angkanya 125, maka jawabannya adalah “A”

Soal nomor 2
Sebatang logam luas penampang 5 x 10-3 m2 digantung dan memberikan regangan 10-3 . Apabila modulus elastisitas bahan logam 1,5 x 1013 N/m2 , maka gaya tariknya adalah ....N
A. 3,0 x 1012
B. 3,0 x 1010
C. 7,5 x 107
D. 7,5 x 105
E. 7,5 x 103
Kunci jawaban: "C"

Soal nomor 3 Terdapat dua kabel yang terbuat dari bahan yang sama dan memiliki panjang yang sama. diameter kabel kedua sama dengan dua kali diameter kabel pertama maka perbandingan pertambahan panjang kabel kabel kedua dengan kabel pertama ketika ditarik oleh gaya yang sama adalah .... A. 1 : 1 B. 2 : 1 C. 1 : 2 D. 4 : 1

E. 1 : 4

Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 3:

berdasarkan soal dapat diketahui
d2 = 2d1
Δℓ2 : Δℓ1 ... ?
Jurus jitu: Perhatikan persamaan modulus young

E = Fℓ / AΔℓ (A = ¼ πd2)

E = Fℓ / ¼ πd2 Δℓ Berdasarkan persamaan di atas kita dapat mengetahui bahwa diameter berbanding terbalik dengan pertambahan panjang, sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut

Jadi perbandingan pertambahan panjang kabel kedua dengan kabel pertama adalah 1 : 4

Soal nomor 4
Dua kawat masing-masing terbuat dari logam P dan logam Q. Panjang L dan diameter d kedua kawat memenuhi hubungan LP = 2LQ dan dP = 2dQ. Jika kedua kawat ditarik dengan gaya yang sama besar, perbandingan pertambahan panjang kedua kawat adalah ΔLP/ΔLQ = 2. Perbandingan modulus Young (E) kedua kawat bernilai EQ/EP = .... A. 1 B. 4 C. 2 D. ½ E. ¼

Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 4:

Berdasarkan soal dapat diketahui
LP = 2LQ
dP = 2dQ
ΔLP/ΔLQ = 2
FP = FQ Sama dengan soal nomor 4, berdasarkan persamaan modulus young dimana

E = Fℓ/AΔℓ (A=¼ πd2)

E = Fℓ/ (¼ πd2)Δℓ, kita dapat mengetahui bahwa E sebanding dengan ℓ

E berbanding terbalik dengan d2

E berbanding terbalik dengan Δℓ Maka kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut:

Jadi perbandingan antara EQ : EP = 4

Soal nomor 5
Perhatikan grafik hubungan tegangan dan regangan berikut ini

Grafik di atas menunjukkan hubungan antara tegangan dan regangan pada tiga buah benda yang berbeda yakni benda P, Q, dan R. Pernyataan di bawah ini yang benar berdasarkan grafik di atas adalah .... A. benda P memiliki elastisitas paling besar B. benda Q memiliki elastisitas paling besar C. benda R memiliki elastisitas paling besar D. benda Q memiliki elastisitas paling kecil E. benda R memiliki elastisitas paling kecil

Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 5:

Berdasarkan persamaan modulus young E = σ/ε Dimana : σ : tegangan ε : regangan Grafik di atas merupakan grafik untuk persamaan linier dimana persamaan umum untuk grafik di atas adalah

y = mx

nilai m merupakan gradien grafik yang menunjukkan tingkat kemiringan suatu grafik, semakin besar gradiennya maka semakin miring bentuk grafiknya. Jika kita menyamakan bentuk persamaan modulus young dengan persamaan linier maka di dapatkan. ε = (1/E) σ jadi gradien grafik adalah m = 1/E gradien berbanding terbalik dengan modulus young, yang artinya semakin besar gradien (kemiringan) maka modulus youngnya akan semakin kecil sehingga benda semakin tidak elastis begitu pula sebaliknya semakin kecil gradien (kemiringan) maka modulus youngnya akan semakin besar, sehingga benda semakin elastis. Berdasarkan hal tersebut maka urutan benda dari yang elastisitasnya paling besar ke yang paling kecil berturut – turut adalah

ER > EQ > EP

Soal nomor 6
Pada percobaan pegas, beban yang massanya berbeda-beda digantung pada ujung pegas kemudian diukur pertambahan panjang pegas. Data hasil percobaan tampak sebagai berikut:

Dari tabel di atas dapat disimpulkan bahwa .... A. semakin besar beban, semakin kecil pertambahan panjang B. semakin besar gaya, semakin besar pertambahan panjang C. semakin besar gaya, semakin kecil pertambahan panjang D. konstanta pegas berbanding lurus dengan pertambahan panjang E. konstanta pegas berbanding terbalik dengan gaya

Kunci jawaban: "B"

Soal nomor 7
perhatikan gambar berikut

Dari grafik di atas hubungan pertambahan panjang pegas dengan gaya yang diberikan, maka konstanta pegas adalah .... A. 50 N/m B. 120 N/m C. 200 N/m D. 250 N/m E. 300 N/m

Kunci jawaban: "C"

Soal nomor 8
Perhatikan gambar berikut :

Jika susunan pegas di atas diberi beban bermassa 4 kg bertambah panjang 2 cm (g = 10m/s2), besar gaya yang diperlukan agar pertambahan panjang susunan pegas tersebut sebesar 4 cm adalah .... A. 15 N B. 25 N C. 30 N D. 60 N E. 80 N

Kunci jawaban: "E"

Soal nomor 9
Perhatikan empat susunan rangkaian pegas identik berikut!

Konstanta tiap pegas k N.m-1, maka urutan konstanta pengganti susunan pegas dari nilai yang besar ke kecil adalah .... A. (4), (3), (2), dan (1) B. (3), (2), (1), dan (4) C. (2), (1), (4), dan (3) D. (2), (3), (4), dan (1) E. (1), (4), (3), dan (2)

Kunci jawaban: "E"

Soal nomor 10
Dua susunan pegas ditunjukkan seperti pada gambar dibawah:

Perbandingan pertambahan panjang susunan pegas (I) dan susunan pegas (II) adalah .... A. 1 : 2 B. 2 : 1 C. 2 : 3 D. 3 : 4 E. 3 : 8

Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 10:

Menentukan konstanta pegas pada susunan pegas I
Dua pegas atas dirangkai paralel (kP)
kP = k + k
kP = 2k kemudian dirangkai seri dengan pegas di bawahnya

Menentukan konstanta pegas pada susunan pegas II Dua pegas dirangkai seri

Hubungan antara konstanta pegas dengan pertambahan panjang Berdasarkan hukum hooke F = k Δx Berdasarkan persamaan di atas,

k sebanding dengan F

k berbanding terbalik dengan Δx sehingga persamaan perbandingannya dapat ditulis sebagai berikut

jadi hasil Δx1 : Δx2 adalah 3 : 8

Soal nomor 11
Benda A yang memiliki massa 0,5 kg dan mula-mula diam meluncur 3 m pada papan licin yang membentuk sudut 300 dengan bidang datar. Kemudian, benda A menumbuk pegas P yang salah satu ujungnya tertancap kuat pada ujung papan. Jika konstanta pegas 900 N/m, pemendekan maksimum pegas adalah ... (cm) A. 4,9 B. 8,7 C. 10,6 D. 12,9 E. 18,7

Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 11:

soal tersebut dapat diilustrasikan sebagai berikut

Berdasarkan gambar di atas, diketahui bahwa energi yang digunakan untuk menekan pegas adalah energi kinetik benda saat mulai menyentuh pegas. Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik besarnya energi kinetik benda ketika sampai di dasar sama dengan besarnya energi potensial benda saat di puncak, sehingga dapat ditulis persamaan matematis

EPA = EPPegas

mgh = ½ k Δx2(h = 3 sin θ)
0,5 . 10 . 3 sin 300 = ½ . 900 Δx2
15 . ½ = ½ . 900 Δx2
15 = 900 Δx2
15/900 = Δx2
1/60 = Δx2 Δx = 0,129 m

Δx = 12,9 cm

Jadi pegas akan tertekan sejauh 12,9 m

Soal nomor 12
Sebuah beban bermassa 100 gram digantung pada sebuah pegas, kemudian digetarkan dan waktu tiap 10 getaran dicatat seperti pada tabel. (anggap π2 = 10)

Dari data tersebut di atas, besar konstanta pegas yang digunakan adalah ....
A. 1,0 N.m-1
B. 1,2 N.m-1
C. 2,5 N.m-1
D. 4,0 N.m-1
E. 12,6 N.m-1
Kunci jawaban: "D"

Soal nomor 13
Sebuah bandul sederhana memiliki periode T dan panjang tali L. Supaya periodenya menjadi ½ T, perubahan panjang tali adalah .... A. ¾ L B. ½ L C. ¼ L D. 1/8 L E. 1/16 L

Kunci jawaban: "C"

Soal nomor 14 Untuk menarik suatu pegas agar bertambah panjang 0,25 m ditubuhkan gaya sebesar 18 N. 1) konstanta pegas adalah 72 N/m 2) panjang pegas menjadi 0,25 m 3) energi potensial pegas menjadi 2,25 J 4) usaha untuk menarik pegas tersebut adalah 4,5 J Pernyataan yang benar adalah .... A. 1), 2), 3), dan 4) B. 1), 2), dan 3) C. 1) dan 3) D. 2) dan 4) E. 4) saja

Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 14:

Berdasarkan soal dapat diketahui Δx = 0,25 m F = 18 N

Tips :

Untuk mengerjakan soal tipe pernyataan seperti diatas, kita tidak harus membuktikan satu persatu atau mulai dari awal, kita bisa membuktikan pernyataan yang mana saja dulu yang menurut kamu paling mudah (bisa dibuktikan pernyataan benar atau salah) kemudian pilihan jawaban yang tersedia. Berdasarkan hukum hooke F = k Δx 18 = k 0,25

72 N/m = k (pilihan 1 benar)

Perhatikan jawaban A, B, dan C

Pernyataan 2 jelas salah, karena 0,25 m adalah pertambahan panjang bukan panjang akhir. (pilihan 2 salah)

Jadi jawabannya adalah C Sebenarnya itu saja sudah cukup, tapi kita akan membuktikan semua pernyataan EP = ½ F Δx EP = ½ 18 . 0,25

EP = 2,25 J (pernyataan 3 benar)

Usaha untuk menarik pegas sama dengan energi potensialnya yaitu 2,25 J (pernyataan 4 salah)

Soal nomor 15 Sebuah pegas jika menggantung dalam keadaan normal panjangnya 20 cm. bila pada ujung bebas pegas digantung sebuah beban bermassa 50 gram, maka panjang pegas menjadi 25 cm. bila beban tersebut disimpangkan sejauh 4 cm, maka energi potensial elastik pegas adalah .... A. 2 J B. 0,4 J C. 0,2 J D. 0,016 J E. 0,008 J

Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 15:

Berdasarkan soal dapat diketahui x = 20 cm

ketika diberi beban m = 50 g = 5 x 10-2 kg

pertambahan panjang pegas Δx1 = 25 – 20 = 5 cm = 5 x 10-2 m
pertambahan panjang pegas ketika ditarik Δx2 = 4 cm = 4 x 10-2 m menentukan terlebih dahulu konstanta pegas dengan persamaan F = k . Δx m . g = k . Δx

5 x 10-2. 10 = k 5 x 10-2

10 N/m = k berdasarkan persamaan energi pegas EP = ½ F Δx

EP = ½ 10 . 4 x 10-2

EP = 0,2 J

Soal nomor 16
Pegas ideal sangat ringan (dengan massa diabaikan) pada titik tetap. ketika benda bermassa m dibebankan pada ujung bawah pegas memanjang sehingga benda memiliki energi potensial pegas sebesar Vm. Apabila beban tersebut diganti dengan benda bermassa M = 2m, maka energi potensial pegas benda kedua sebesar ....
A. VM = 4Vm
B. VM = 2Vm
C. VM = Vm
D. VM = ½ Vm
E. VM = ¼ Vm
Kunci jawaban: "B"

Soal nomor 17 Sebuah bola dengan massa 20 gram digantung pada sepotong pegas. Kemudian bola ditarik ke bawah dari kedudukan seimbang dan dilepaskan, ternyata terjadi getaran tunggal dengan frekuensi 32 Hz. Jika bola tersebut diganti dengan massa bola 80 gram, maka frekuensi yang akan terjadi adalah ... Hz A. 64 B. 32 C. 16 D. 8 E. 4

Kunci jawaban: "C"

Soal nomor 18
Sebuah pistol mainan bekerja dengan menggunakan pegas dan melontarkan pelurunya. Jika pistol yang sudah dalam keadaan terkokang yaitu dengan cara menekan sejauh X, diarahkan dengan membentuk sudut elevasi θ terhadap horizontal, peluru yang terlepas dapat mencapai ketinggian h. Jika massa peluru adalah m dan percepatan gravitasi adalah g, maka konstanta pegas adalah ....
A. k = 2 mgh/x2 cos2 θ
B. k = 2 mgh/x2 sin2 θ
C. k = mgh/x2 cos2 θ
D. k = mgh/x2 sin2 θ
E. k = mgh/x2 tan2 θ
Kunci jawaban : “B”

Soal Uraian

Soal nomor 1
Dua kawat sejenis ditarik oleh gaya yang berbeda sehingga regangan kawat pertama 1% dan regangan kawat kedua 3%. Jika diameter kawat pertama setengah kali diameter kawat kedua, tentukan rasio antara tegangan kawat pertama dan tegangan kawat kedua !

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapat diketahui
εA = 1% = 0,01
εB = 3% = 0,03
dA = ½ dB
EA = EB (karena jenis bahan sama)
FA : FB ... ? Berdasarkan persamaan untuk modulus young

E = F / A ε (A= ¼ πd2)

E = F / (¼ πd2) ε Kita dapat mengetahui bahwa

F sebanding dengan d2

F sebanding dengan ε Sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya adalah

Jadi perbandingan tegangan antara kawat pertama dan kedua adalah 1 : 12

Soal nomor 2
Kawat jenis A dan B memiliki panjang yang sama L0 dengan modulus Young masing- masing adalah EA dan EB = ½ EA . diameter kawat A dua kali diameter kawat B. Kedua kawat ini disambung lalu digunakan untuk menggantung beban yang beratnya W . tentukan pertambahan panjang keseluruhan kawat!

pembahasan soal nomor 2:

Berdasarkan soal dapat diketahui
EB = ½ EA
dA= 2 dB
ℓA = ℓB = L0 F = w berdasarkan persamaan modulus young

E = Fℓ/AΔℓ (A= ¼ πd2)

E = Fℓ/( ¼ πd2)Δℓ Kita dapat mengetahui bahwa

Δℓ berbanding terbalik dengan E

Δℓ berbanding terbalik dengan d2 Sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut!

Pertambahan keseluruhan kawat adalah

Δℓtot = ΔℓA + ΔℓB

Δℓtot = 1/8 ΔℓB + ΔℓB
Δℓtot = 9/8 ΔℓB (ΔℓB = FBℓB/EBAB)

Soal nomor 3
Dua pegas dengan konstanta pegas k1 dan k2 dihubungkan seri. Hitung konstanta gabungan kedua pegas, Jika pegas pertama (k1) dipotong menjadi dua bagian yang sama persis. Kemudian bagian tersebut dihubungkan paralel dan selanjutnya sistem tersebut dihubungkan seri dengan pegas kedua (k2)!

pembahasan soal nomor 3:

Pegas 1
Sebelum pegas 1 dipotong menjadi 2 bagian yang sama persis, itu artinya pada mulanya kedua bagian itu dirangkai secara seri dengan konstanta keseluruhan adalah k1. Maka kita dapat menentukan konstanta masing-masing bagian dengan cara. (misalkan konstanta masing-masing bagian adalah x)

Jadi konstanta masing-masing bagian adalah 2k1. Kemudian ketika kedua bagian ini dirangkai secara paralel maka akan memiliki konstanta sebesar kP = 2k1 + 2k1
kP = 4k1

Gabungan kedua pegas

Rangkaian paralel dari bagian-bagian pegas 1 diatas, kemudian dirangkai seri dengan pegas 2, maka konstanta gabungan kedua pegas adalah

Soal nomor 4 Teks asli:

“A helicopter rises vertically, carrying concrete for a ski-lift foundation. A 35-kg bag of concrete sits in the helicopter on a spring scale whose spring constant is 3,4 kN/m. by how much does the spring compress (a) when the helicopter i sat rest and (b) when it’s accelerating upward at 1,9 m/s2”.

Terjemahan :
Sebuah helikopter naik secara vertikal, membawa beton untuk fondasi pembangunan lift untuk pemain ski. Beton bermassa 35 kg diletakkan pada sebuah tas dengan di atas pegas di depan helikopter, konstanta pegas adalah 3,4 kN/m. tentukan seberapa besar pegas tertekan ketika (a) saat helikopter sedang beristirahat dan (b) saat helikopter bergerak ke atas dengan percepatan 1,9 m/s2!

pembahasan soal nomor 4:

Berdasarkan soal dapat diketahui m = 35 kg k = 3,4 kN/m = 3400 N/m

Soal di atas dapat diilustrasikan sebagai berikut:

Sehingga berdasarkan hukum II Newton dapat ditulis
Ftot = FP – w m.a = kx – mg

(a) ketika helikopter diam (a=0)

m.0 = 3400 x – 35 . 10 350 = 3400x x = 0,102 m

x = 10,2 cm

(b) ketika helikopter bergerak ke atas dengan (a = 1,9 m/s2)

m.a = kx – mg 35 . 1,9 = 3400 x – 35 . 10 66,5 + 350 = 3400 x 416,5 = 3400 x x = 0,122 m

x = 12,2 cm

Soal nomor 5
Sebuah pegas digantung pada sebuah elevator. Pada ujung pegas yang bebas digantungkan balok bermassa 50 gram. Jika elevator diam, pegas bertambah panjang 10 cm. hitung pertambahan panjang pegas ketika elevator sedang bergerak dengan percepatan 4 m/s2 ke atas dan ke bawah. Berapakah pertambahan panjang pegas ketika elevator bergerak dengan kecepatan konstan!

pembahasan soal nomor 5:

Berdasarkan soal dapat diketahui: m = 50 gram = 0,05 kg

x1 = 10 cm = 0,1 m

Dengan menggunakan analisis hukum II newton seperti soal sebelumnya, kita dapat menuliskan persamaan matematisnya sebagai berikut

ketika elevator diam (w = FP )

w = FP m . g = k x 0,05 . 10 = k . 0,1

5 N/m = k

ketika elevator bergerak naik (a = 4 m/s2)

ΣF = m . a

Fp – w = m . a

k x – m . g = m . a 5 x – 0,05 . 10 = 0,05 . 4 5x – 0,5 = 0,2 5x = 0,7 x = 0,14 m

x = 14 cm