Sifat Mekanika Zat

1. SIFAT MEKANIKA ZAT

3. Berat Jenis dan Massa Jenis
Kekuatan
• Stress (Tegangan)
• Strain (Regangan)
Modulus
• Modulus Elastisitas
• Modulus Shear
• Modulus Bulk
Elastisitas
• Hukum Hooke
• Mencari konstanta pengganti dari rangkain seri &pararel gas
• Energi Potensial Pegas

4. Berat Jenis dan Massa Jenis
Massa jenis
Massa jenis adalah besarnya massa tiap satuan volume. Secara
matematis dapat ditulis dengan persamaan :
Massa jenis suatu zat merupakan besaran yang tidak
bergantung pada tempat dan suhu, tetapi suhu mempengaruhi
volume. Semakin tinggi suhu suatu zat, maka semakin besar
volumenya, dan semakin kecil massa jenisnya. Satuan untuk massa
jenis adalah kg/m3.

5. Berat Jenis dan Massa Jenis
Berat Jenis (BJ)
Merupakan perbandingan antara berat dibagi
volume. Satuan sistem internasional untuk berat
jenis adalah N/m3.
w
bj
v
Keterangan:
Bj = berat jenis (N/m3)
w = berat (N)
v = voleme (m3)

6. Hubungan antara Berat Jenis dan
Massa Jenis
BJ = w / v
BJ = m.g / v
Karena m = P . v
BJ = P.v/v . g
BJ = P . g

7. Soal massa jenis
Sebatang besi adalah 900 gram. Jika panjang besi adalah 20 cm, lebarnya 10
cm dan tingginya 3 cm, berapakah massa jenisnya?
Diketahui :
m = 900 gram
v besi = 20 cm .10 cm . 3 cm = 600 cm³
ρ=?
Jawab :
ρ = 900/600
ρ = 1,5 gram/cm³
Jadi, massa jenisnya 1,5 g/cm³

8. Penggunaan Konsep Massa Jenis dalam Kehidupan
Sehari-Hari
Kapal Selam
Balon Gas

9. Kekuatan
• Stress (Tegangan)
Tegangan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tarik
(F) yang dikerjakan pada benda dengan luas penampangnya (A).
Keterangan:
F = gaya yang bekerja (N)
A = luas penampang (m2)
T = tegangan (stress) (N/m2)
Dalam SI tegangan memiliki satuan atau Pascal
Besarnya gaya untuk menghasilkan tegangan dan regangan tiap-tiap
benda pada umumnya berbeda, tergantung pada jenis dan sifat benda

10. Soal tegangan
Sebuah kawat yang panjangnya 2m dan luas
penampang 10mm2 ditarik gaya 8N. Tentukan besar
tegangan yang terjadi pada kawat!
Dik : A = 10mm2 = 10.10-4 m2
F = 8N
Dit : σ ?
F
8N
Jawab :
0,8 104 Nm
A
4
10.10 m 2
2

11. Kekuatan
• Strain (Regangan)
Adalah perbandingan antara perubahan panjang dengan panjang mulamula. Pertambahan panjang ini tidak hanya terjadi pada ujungnya saja,
tetapi pada setiap bagian ujung suatu benda yang terentang dengan
perbandingan yang sama.
Keterangan:
∆ L= pertambahan panjang (m)
LO = panjang mula-mula (m)
e = Regangan (strain)
Karena merupakan hasil bagi dari dua besaran yang berdimensi sama,
maka regangan tidak memiliki satuan

12. Soal Regangan
Sebuah kawat panjangnya 146 cm ditarik
dengan gaya 20N, sehingga panjang
kawat menjadi 158 cm.
Tentukan
regangan yang dihasilkan kawat!
Dik : Lo = 146 cm
L = 158 cm
ΔL = 158 cm - 146 cm = 12cm
Dit : e ?
Jawab :
e = ΔL / Lo
e = 12 cm / 146 cm
e = 0.08

13. Modulus
• Modulus Elastisitas
Modulus Elastisitas adalah perbandingan antara
tegangan dan regangan, yaitu selama gaya yang
bekerja tidak melampaui batas elastisitasnya.
Modulus ini dapat disebut dengan sebutan Modulus
Young.

14. Modulus
Rumus Modulus Elastisitas
Y
T
e
Tt
l
l0
F
A
(l l0 )
l0
atau
Keterangan :
Y = modulus Young (N/m2)
T = tegangan (stress) (N/m2)
Tt = tegangan tarik (N/m2)
e = Regangan (strain)
F = gaya yang bekerja (N)
Y
F l0
A(l l0 )
∆ L= pertambahan panjang
LO = panjang mula-mula
A = luas penampang (m2)
Dalam SI satuan modulus elastisitas sama dengan satuan tegangan.
Semakin besar nilai E, berarti semakin sulit untuk merentangkan
benda, artinya dibutuhkan gaya yang lebih besar.

15. Contoh Soal Modulus Elastisitas
Sebuah kawat logam yang berpenampang 4 10 2
m2 dan
memiliki panjang 1 m ditarik dengan gaya 2000 N sehingga
panjang kawat bertambah menjadi 1,04 m. berapakah modulus
elastisitas kawat tersebut?
Dik : A = 4 10 2 m2
F = 2000 N
l0= 1m
l = 1,04 m
Dit : Y = …?
Jawab:
Y
F l0
A(l l0 )
2000 1
(4 10 2 (1,04 1)
1
8
2
109 1,25 10 N / m
8

16. Modulus
• Modulus Shear atau Modulus Geser
Adalah perbandingan koefisien tegangan geser terhadap
regangan geser yang dilambangkan dengan S pada persamaan
berikut:
T
S
S = Modulus geser (N/m2)
F = gaya singgung (N)
h = Ketebalan (m)
x = Pergeseran (m)
A= Luas bidang (m2)
g
e
F/A
x/h
F h
A x

17. Modulus
• Modulus Bulk
Modulus bulk yaitu besaran yang terkait ketika suatu masa bahan
mengalami tegangan dan regangan tegak lurus pada setiap sisi
bahan. Contohnya: sebuah kubus logam yang dicelupkan kedalam
suatu fluida.
B
Tv
ev
Dimana :
B = Modulus bulk
TV = Tegangan Volume
ev = regangan volume
F = gaya
A = Luas bidang (m2)
F/A
V/V

18. Elastisitas
Sifat elastis atau elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk
kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada
benda itu dihilangkan.
Seperti pada sebuah pegas yang digantungi dengan beban pada salah
satu sisi ujungnya, akan kembali ke bentuk semula jika beban tersebut kita
ambil kembali.
Contoh lainnya adalah ketapel dan karet gelang jika kita rentangkan maka
akan terjadi pertambahan panjang pada kedua benda tersebut, tapi jika gaya
yang bekerja pada kedua benda tersebut dihilangkan, maka kedua benda
tersebut akan kembali ke bentuk semula.

19. Elastisitas
• Hukum Hooke
Hubungan antara tegangan dan regangan erat kaitannya dalam teori
elastisistas. Keelastisitasan benda dipengaruhi bahan dari bendanya.
Hukum Hooke dinamakan sesuai dengan nama pencetusnya yaitu Robert
Hooke. Beliau menyatakan bahwa: “Jika gaya tarik tidak melampaui
batas elastisitas pegas, maka pertambahan panjang pegas berbanding
lurus (sebanding) dengan gaya tariknya.”
Pernyataan tersebut di atas dikenal dengan nama hukum Hooke, dan
dapat ditulis melalui persamaan:
F = k . ∆x
F = besar gaya (N)
k = konstanta pegas (N/m)
∆x = perubahan panjang pada pegas (m)

20. Contoh soal hukum Hooke
Sebuah pegas digantung bebas secara vertikal. Panjang
pegas mula – mula 20 cm. Di ujung bawahnya
digantungkan sebuah beban bermassa 150 gram dan
menyebabkan pegas bertambah panjang menjadi 25 cm.
Berapakah konstanta pegas?
Dik:
mbeban = 150 g = 0.15 kg  w = m*g = 0.15*10 = 1,5 N
x
x x0
25 20
5cm
Ditanya: kpegas = … ?
Jawab:
F w k. x , maka k
0.05 m
F
x
1.5 N
0.05m
30 N / m

21. Elastisitas
• Susunan pegas seri
Sejumlah n pegas yang tersusun seri dapat digantikan
dengan satu buah pegas pengganti. Jika masing-masing
pegas memiliki konstanta k1,k2,k3,...,Kn maka konstanta pegas
penggantinya adalah :
1
ks
1
k1
1
k2
1
k3
....
1
kn

22. Elastisitas
• Susunan pegas pararel
Sejumlah n pegas yang tersusun pararel dapat digantikan
dengan satu buah pegas pengganti. Jika masing-masing pegas
memiliki konstanta k1,k2,k3,...,Kn maka konstanta pegas
penggantinya adalah :
kp
k1 k 2
k3 ... k n

23. Contoh Soal Seri dan Pararel pada pegas
Pegas A dan B masing – masing memiliki konstanta pegas
berturut – turut 250 N/m dan 500 N/m. Hitunglah konstanta
pegas pengganti jika pegas tersusun secara seri dan paralel.
Dik: k1 = 250 N/m, k2 = 500 N/m
Ditanya: ks dan kp = … ?
Jawab:
1 1 1
1
1
3
500
Seri :
ks
N /m
k s k1 k 2 250 500 500
3
Paralel : k p
k1 k 2
250 500
750 N / m

24. Elastisitas
Energi Potensial Pegas
Sebuah pegas yang ditarik dengan gaya F menyebabkan
pegas meregang (bertambah panjang). Besarnya energi yang
dibutuhkan untuk meregangkan pegas sama dengan energi
yang tersimpan pada pegas, yaitu Energi Potensial Pegas.
Dapat dirumuskan :
Ep
1
k. x
2

25. Grafik hubungan antara gaya
(F) yang diberikan pada
pegas dan pertambahan
panjang pegas (∆L)

26. Contoh soal energi potensial pegas
• Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 200Nm-1.
Pegas diregangkan sehingga bertambah panjang 10 cm.
Tentukanlah energi potensial elastis pegas!
Dik : k = 200Nm-1
∆x = 10cm=0,1m
Dit : Ep?
Jawab :
Ep = ½ kx2
= ½ .200. (0,1)2
= 1 Joule

27. Daftar Pustaka
Kanginan Marthen, 1996, Fisika KELAS 1, Jakarta: Erlangga.
http://roysarimilda.wordpress.com/tag/sifat-mekanik-zat/
http://www.scribd.com/doc/17628480/Hukum-Hooke
http://www.slideshare.net/LustyyahUlfa/fisika-bahan-tentang-sifat-mekanik
http://anam46.wordpress.com/2011/03/31/contohsoal-hukum-hooke/