Penghitung hukum Hooke

Apa itu hukum Hooke?

Hukum Hooke menjelaskan bagaimana suatu benda elastis, paling sering pegas, merespons ketika Anda meregangkan atau menekannya. Tarik pegas sedikit dan ia menarik balik dengan lembut; tarik dua kali lebih jauh dan ia menarik balik dua kali lebih kuat. Hubungan proporsional sederhana antara seberapa jauh sebuah pegas berubah bentuk dan gaya yang dikerahkannya itulah yang persis ditangkap oleh hukum Hooke, dan ini mendasari perilaku pegas, karet gelang, balok, dan banyak material dalam rentang elastisnya.

Penghitung hukum Hooke ini menghitung gaya pemulih sebuah pegas dari dua besaran: konstanta pegas, yang memberi tahu Anda seberapa kaku pegas itu, dan perpindahan, yaitu seberapa jauh pegas telah diregangkan atau ditekan dari panjang alaminya. Masukkan keduanya dan penghitung mengembalikan gaya pegas, sehingga praktis untuk pekerjaan rumah fisika, kerja laboratorium, dan estimasi teknik cepat.

Konstanta pegas

Konstanta pegas, ditulis $k$, adalah ukuran kekakuan. Konstanta pegas yang besar berarti pegas yang kaku yang membutuhkan banyak gaya untuk meregang sedikit saja, sedangkan konstanta yang kecil menggambarkan pegas yang lunak dan mudah diregangkan. Ia diukur dalam newton per meter (N/m), sehingga konstanta sebesar 200 N/m berarti dibutuhkan gaya 200 newton untuk meregangkan pegas sejauh satu meter.

Konstanta pegas bergantung pada material dan geometri pegas, bukan pada seberapa jauh Anda meregangkannya. Dalam rentang elastis, nilainya tetap praktis sama, dan itulah yang membuat hukum Hooke begitu berguna: setelah Anda mengetahui $k$ untuk pegas tertentu, Anda dapat memprediksi gaya untuk perpindahan apa pun.

Batas elastis

Hukum Hooke hanya berlaku selama deformasi tetap cukup kecil sehingga benda dapat kembali ke bentuk aslinya. Lewati titik ini, yang disebut batas elastis, dan hubungan itu runtuh: material berubah bentuk secara permanen dan tidak lagi mematuhi aturan proporsional yang rapi. Melewati batas elastis sebuah pegas mungkin tetap bengkok, sebuah kawat mungkin teregang, dan gayanya tidak lagi sekadar $k$ dikalikan perpindahan.

Untuk perhitungan nyata ini berarti hukum Hooke adalah model yang akurat hanya di dalam rentang elastis. Selama Anda menjaga perpindahan tetap sedang dan material kembali ke bentuk awalnya saat dilepaskan, rumus tersebut memberikan hasil yang andal.

Rumus

Rumus untuk gaya pegas ($F$) dari hukum Hooke adalah:

$F = k\,x$

di mana:

• $k$ adalah konstanta pegas (dalam newton per meter),
• $x$ adalah perpindahan pegas dari posisi setimbangnya (dalam meter).

Hasilnya adalah besar gaya pemulih yang dikerahkan pegas. Tanda minus yang sering muncul dalam buku teks, $F = -k x$, sekadar mencatat bahwa gaya pegas mengarah berlawanan dengan perpindahan, selalu berusaha mengembalikan pegas ke panjang alaminya. Satuan SI untuk gaya adalah newton ($\text{N}$).

Contoh

1. Pegas yang cukup kaku: Pegas dengan konstanta 200 N/m yang diregangkan sejauh 0.1 m mengerahkan gaya sebesar:

   $F = 200 \, \text{N/m} \times 0.1 \, \text{m} = 20 \, \text{N}$

2. Pegas yang lebih kaku, regangan lebih kecil: Pegas dengan konstanta 500 N/m yang dipindahkan sejauh 0.05 m mengerahkan gaya sebesar:

   $F = 500 \, \text{N/m} \times 0.05 \, \text{m} = 25 \, \text{N}$

Ketika perpindahan dimasukkan dalam satuan lain, penghitung mengonversinya untuk Anda. Misalnya, perpindahan 10 cm sama dengan 0.1 m, sehingga pegas 200 N/m yang diregangkan 10 cm kembali menghasilkan gaya 20 N.

Catatan

• Gaya pegas adalah gaya pemulih: ia bekerja dalam arah berlawanan dengan perpindahan, menarik pegas yang teregang kembali dan mendorong pegas yang tertekan keluar.
• Hukum Hooke hanya berlaku dalam batas elastis; melewatinya pegas berubah bentuk secara permanen dan rumus tidak lagi berlaku.
• Perpindahan $x$ diukur dari posisi setimbang (tidak teregang) pegas, bukan dari titik sembarang.

FAQ

Apa satuan konstanta pegas?

Konstanta pegas diukur dalam newton per meter (N/m). Konstanta sebesar 200 N/m berarti dibutuhkan gaya 200 newton untuk meregangkan pegas sejauh satu meter, sehingga nilai yang lebih besar menggambarkan pegas yang lebih kaku.

Bagaimana cara menemukan perpindahan jika saya tahu gaya dan konstanta pegas?

Susun ulang hukum Hooke menjadi $x = F / k$. Bagi gaya pegas dengan konstanta pegas untuk mendapatkan perpindahan. Misalnya, gaya 20 N pada pegas 200 N/m berhubungan dengan regangan sebesar 0.1 m.

Mengapa ada tanda minus pada F = -k x?

Tanda minus menunjukkan bahwa gaya pegas adalah gaya pemulih, yang mengarah berlawanan dengan perpindahan. Ketika Anda meregangkan pegas ke luar, gaya menarik ke dalam, dan ketika Anda menekannya, gaya mendorong ke luar. Penghitung ini melaporkan besar gaya tersebut.

Apa yang terjadi melewati batas elastis?

Melewati batas elastis material tidak lagi kembali ke bentuk aslinya, dan gaya tidak lagi sebanding dengan perpindahan. Hukum Hooke berhenti menjadi akurat, sehingga rumus hanya boleh digunakan untuk deformasi dalam rentang elastis.

Apakah hukum Hooke hanya berlaku untuk pegas?

Tidak. Meskipun pegas adalah contoh klasik, hukum Hooke juga menjelaskan perilaku elastis kawat, balok, karet gelang, dan banyak material padat, selama deformasi tetap cukup kecil sehingga benda kembali saat beban dilepaskan.

Anda juga dapat menjelajahi alat terkait seperti penghitung gaya dan penghitung energi kinetik, atau kunjungi penghitung ini langsung di https://www.mega-calculator.com/id/physics/hookes-law/.