Materi KBM-on 1000guru.net (http://kbm-on.1000guru.net) Fisika Kelas X: Sifat Mekanik Bahan

1. Fisika Kelas X1000guru.net 1Fisika Kelas X1000guru.net 1
Sifat Mekanik Bahan
• Massa Jenis dan Berat Jenis
• Konsep Elastisitas Material
• Kekuatan Material/Bahan

2. Fisika Kelas X1000guru.net 2Fisika Kelas X1000guru.net 2
Massa dan Ukuran Bahan
Sifat intrinsik paling fundamental dari setiap material
adalah massa dan ukurannya (panjang, luas, volume).
Material berbeda bisa jadi punya massa yang sama
namun ukurannya yang berbeda. Sebaliknya, bisa juga
ukurannya sama, namun massanya yang jadi berbeda.
Salah satu besaran fisika yang dapat digunakan untuk
mengkarakterisasi suatu material adalah massa jenis
(istilah lainnya: rapat massa)
𝜌 =
𝑚
𝑉
𝑚 : massa material (kg)
𝑉 : volume material (m3)
𝜌 dibaca “rho”: massa jenis (kg/m3)

3. Fisika Kelas X1000guru.net 3Fisika Kelas X1000guru.net 3
Massa Jenis dan Berat Jenis
Massa jenis:
𝜌 =
𝑚
𝑉
𝑚 : massa material (kg)
𝑉 : volume material (m3)
𝜌 dibaca “rho”: massa jenis (kg/m3)
Satuan CGS dari massa jenis adalah gr/cm3.
1 gr/cm3 = 1000 kg/m3
Berat jenis:
𝜌 𝑔 =
𝑚. 𝑔
𝑉
= 𝜌. 𝑔
𝑚. 𝑔 : berat material (N)
𝑉 : volume material (m3)
𝜌 𝑔 : berat jenis (N/m3)

4. Fisika Kelas X1000guru.net 4Fisika Kelas X1000guru.net 4
Mengukur Massa Jenis
Ukurlah massa jenis beberapa material seperti batu,
potongan besi/baja, dan bahan-bahan lain dengan
memanfaatkan gelas ukur, air ledeng, dan timbangan.
Pertanyaan:
Apakah benda yang satu dengan benda yang lain mempunyai
massa jenis yang sama ?
Jika ada dua benda yang sama, tetapi mempunyai massa yang
berbeda, apakah kedua benda tersebut mempunyai massa jenis
yang sama?
𝑉
𝑚

5. Fisika Kelas X1000guru.net 5Fisika Kelas X1000guru.net 5
Contoh Soal #1
Sebuah kawat besi panjangnya 10 meter dan diameternya
0,7 cm. Jika massa jenis besi 7.900 kg/m3, hitunglah
massa kawat dan berat jenis kawat tersebut.
Jawab:
Menghitung massa dari rumus massa jenis:
𝜌 =
𝑚
𝑉
⟶ 𝑚 = 𝜌. 𝑉 Volume kawat dengan asumsi
bentuk silinder (tabung)
𝑉kawat = 𝜋𝑅2
. 𝑝 = 𝜋
𝐷
2
2
. 𝑝 = 3,14 ×
0,007 m
2
2
× 10 m
(3,5x10-3)2
= 3,14 × 12,25 × 10−6 m2 × 10 m = 3,85 × 10−4 m3
=12,25 x 10-6
𝑚 = 𝜌. 𝑉 = 7,9 × 103
kg m3 × 3,85 × 10−4
m3
≈ 𝟑, 𝟎𝟒 𝐤𝐠
Berat jenis: 𝜌 𝑔 = 𝜌. 𝑔 = 7900 kg m3
× 10 m s2 = 𝟕𝟗. 𝟎𝟎𝟎 𝐍/𝐦 𝟑

6. Fisika Kelas X1000guru.net 6Fisika Kelas X1000guru.net 6
Elastisitas Bahan
Elastisitas: Kemampuan suatu benda untuk kembali ke
bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan
pada benda itu dihilangkan.
Namun, benda-benda yang elastis pun punya batas
elastisitas. Contoh: Karet diregangkan terus menerus,
suatu saat tidak akan mampu lagi diregangkan sehingga
jika direnggangkan terus akan putus.

7. Fisika Kelas X1000guru.net 7Fisika Kelas X1000guru.net 7
Tegangan (Stress)
Sebatang benda yang mempunyai luas penampang A dan
mengalami gaya tarik F pada salah satu atau kedua
ujungnya, benda tersebut akan mengalami tegangan.
𝐹
𝐴
𝜎 =
𝐹
𝐴
𝐹 : gaya luar (N)
𝐴 : luas permukaan yg ditarik (m2)
𝜎 : tegangan (N/m2)
Catatan: Untuk menghitung luas permukaan benda perlu
disesuaikan dengan bentuk penampang benda.

8. Fisika Kelas X1000guru.net 8Fisika Kelas X1000guru.net 8
Regangan (Strain)
Regangan adalah perubahan relatif ukuran benda yang
mengalami tegangan diukur dari keadaan semula.
𝜖 =
Δ𝐿
𝐿0
Δ𝐿 : perubahan panjang (m)
𝐿0 : panjang awal (m)
𝜖 : regangan (tak berdimensi)
Catatan: Regangan tak berdimensi karena satuan panjang
dibagi dengan satuan panjang.
Δ𝐿
𝐿0

9. Fisika Kelas X1000guru.net 9Fisika Kelas X1000guru.net 9
Modulus Elastisitas (Modulus Young)
Modulus elastisitas adalah ukuran elastisitas suatu
material, didefinisikan sebagai perbandingan tegangan
dan regangan
𝑌 =
𝜎
𝜖
Satuan modulus elastisitas (modulus Young) adalah N/m2
=
𝐹/𝐴
Δ𝐿/𝐿0
=
𝐹. 𝐿0
𝐴. Δ𝐿
Δ𝐿
𝐿0
𝐹
𝐴

10. Fisika Kelas X1000guru.net 10Fisika Kelas X1000guru.net 10
Contoh Soal #2
Dalam suatu pengujian terhadap baja, diperoleh data
bahwa ketika baja tersebut ditarik dengan gaya 4.104 N,
baja mengalami pertambahan panjang 1,125 cm. Jika
panjang awal baja 50 m dan luas penampangnya 8 cm2,
tentukan:
• Tegangan baja tersebut: 𝜎 =
𝐹
𝐴
=
4104
0,0008
= 5.130.000N/m2
• Regangan baja tersebut: 𝜖 =
Δ𝐿
𝐿0
=
0,01125
50
= 0,000225
• Modulus elastisitas baja: 𝑌 =
𝜎
𝜖
=
5,13×106
2,25×10−4 = 2,28 × 1010
N/m2
Apakah modulus elastisitas baja bernilai tetap untuk
semua bahan baja yang sama? Jawab: Ya, tetap sama.

11. Fisika Kelas X1000guru.net 11Fisika Kelas X1000guru.net 11
Pegas di sekitar kita
Konsep pegas memiliki peranan penting dalam sains,
teknik, dan dalam kehidupan sehari-hari
Model pegas sederhana dalam fisika:
Pegas yang diberi gangguan sehingga merenggang atau
merapat akan mengalami gaya pemulih yang arahnya
selalu menuju titik keseimbangan mula-mula.
Kondisi tanpa gangguan
𝐿0
Merenggang (ditarik)
𝐿0
𝐹 (pemulih)
F (tarik)
Merapat (didorong)
𝐿0
𝐹 (pemulih)
F (dorong)

12. Fisika Kelas X1000guru.net 12Fisika Kelas X1000guru.net 12
Hukum Hooke
𝐿0
Besar gaya pemulih pada pegas sebanding dengan
gangguan atau simpangan yang diberikan pada pegas.
𝐹 = 𝑘 𝑥
(pemulih)
Besar gaya pemulih
(hukum Hooke):
𝑘 : konstanta pegas (N/m)
𝑥 : simpangan pegas (m)
𝐹 : gaya pemulih (N)

13. Fisika Kelas X1000guru.net 13Fisika Kelas X1000guru.net 13
Susunan Pegas Secara Seri
F (tarik)
Prinsip rangkaian pegas seri:
Seluruh pegas menerima gaya yang sama
𝑘1 𝑘2
𝑥1
𝑥2
𝐹 = 𝑘1 𝑥1 = 𝑘2 𝑥2
𝑥 𝑠 = 𝑥1 + 𝑥2Pertambahan panjang total:
Konstanta pegas keseluruhan dapat dihitung:
𝐹
𝑘 𝑠
=
𝐹
𝑘1
+
𝐹
𝑘2
𝑥 𝑠 = 𝑥1 + 𝑥2
1
𝑘 𝑠
=
1
𝑘1
+
1
𝑘2
Jika ada lebih banyak pegas:
1
𝑘 𝑠
=
1
𝑘1
+
1
𝑘2
+ ⋯ +
1
𝑘 𝑛
𝑛: jumlah
pegas

14. Fisika Kelas X1000guru.net 14Fisika Kelas X1000guru.net 14
Susunan Pegas Secara Paralel
F (tarik)
Prinsip rangkaian pegas paralel:
Seluruh pegas mengalami simpangan yang sama
𝑘1
𝑘2
𝑥
𝑥 𝑝 = 𝑥1 = 𝑥2 = 𝑥
𝐹𝑝 = 𝐹1 + 𝐹2Gaya total terdistribusi pada setiap pegas:
Konstanta pegas keseluruhan dapat dihitung:
𝑘 𝑝 𝑥 = 𝑘1 𝑥 + 𝑘2 𝑥𝐹𝑝 = 𝐹1 + 𝐹2 𝑘 𝑝 = 𝑘1 + 𝑘2
Jika ada lebih banyak pegas: 𝑘 𝑝 = 𝑘1 + 𝑘2 + ⋯ + 𝑘 𝑛
𝑛: jumlah pegas
F1
F2

15. Fisika Kelas X1000guru.net 15Fisika Kelas X1000guru.net 15
Latihan
1. Tiga buah pegas disusun seri, setiap pegas memiliki
konstanta pegas sebesar 1.200 N/m, 600 N/m, dan 400
N/m. Ketiga pegas tersebut diberi gaya sebesar 40 N.
Berapakah konstanta pegas total sistem tersebut? Berapa
pertambahan panjang dari masing-masing pegas?
2. Dua buah pegas disusun secara paralel. Setiap pegas
memiliki konstanta pegas 200 N/m dan 300 N/m. Jika
pada susunan paralel pegas tersebut diberi gaya berat
sebesar 20 N, berapakah pertambahan panjang pegas
tersebut?