Hitung Konstanta Pegas Total: Contoh Soal Fisika

Kalian pernah gak sih penasaran gimana cara ngitung konstanta pegas total kalau ada beberapa pegas yang disusun seri atau paralel? Nah, kali ini kita bakal bahas tuntas soal itu, guys! Kita akan memecahkan contoh soal fisika yang melibatkan empat buah pegas dengan konstanta yang berbeda-beda. Jadi, simak baik-baik ya!

Soal Fisika Pegas: Konsep dan Penyelesaian

Sebelum kita masuk ke contoh soal, penting banget buat kita pahami dulu konsep dasar tentang pegas dan konstanta pegas. Pegas itu, kan, benda elastis yang bisa meregang atau memendek kalau dikasih gaya. Nah, konstanta pegas (biasanya dilambangkan dengan k) itu ukuran kekakuan pegas. Makin besar nilai k, makin susah pegas itu diregangkan atau dipendekkan.

Guys, dalam fisika, hubungan antara gaya (F) yang diberikan pada pegas dengan perubahan panjangnya (Δx) dinyatakan dalam Hukum Hooke:

F = - k Δx

Tanda negatif di situ menunjukkan kalau gaya pegas itu arahnya berlawanan dengan gaya yang diberikan. Jadi, kalau kita narik pegas ke bawah, pegas bakal memberikan gaya ke atas.

Sekarang, gimana kalau ada beberapa pegas yang disusun? Nah, di sini ada dua jenis susunan yang perlu kita ketahui: susunan seri dan susunan paralel.

Susunan Seri

Dalam susunan seri, pegas-pegas itu disambung ujung ke ujung. Jadi, kalau kita tarik salah satu pegas, semua pegas bakal meregang. Konstanta pegas total untuk susunan seri (k_seri) dihitung dengan rumus:

1/k_seri = 1/k_1 + 1/k_2 + 1/k_3 + ...

Intinya, konstanta pegas total pada susunan seri itu lebih kecil dari konstanta pegas masing-masing. Kenapa? Karena pegas-pegas itu bekerja sama untuk menahan gaya, jadi secara keseluruhan sistem pegas jadi lebih 'lunak'.

Susunan Paralel

Kalau dalam susunan paralel, pegas-pegas itu dipasang berdampingan. Jadi, kalau kita tarik beban yang digantungkan pada pegas, semua pegas bakal meregang dengan panjang yang sama. Konstanta pegas total untuk susunan paralel (k_paralel) dihitung dengan rumus:

k_paralel = k_1 + k_2 + k_3 + ...

Nah, kalau susunan paralel, konstanta pegas totalnya justru lebih besar dari konstanta pegas masing-masing. Ini karena setiap pegas menahan sebagian dari gaya, jadi secara keseluruhan sistem pegas jadi lebih 'kaku'.

Contoh Soal dan Pembahasannya

Oke, sekarang kita masuk ke contoh soal yang tadi disebutkan. Jadi, ada empat buah pegas yang digantung vertikal dan dihubungkan seperti gambar. Konstanta pegasnya masing-masing: k_1 = 5 N/m, k_2 = 7 N/m, k_3 = 24 N/m, dan k_4 = 8 N/m. Ada beban bermassa m yang digantungkan pada sistem pegas ini. Pertanyaannya adalah, berapa konstanta pegas total dari sistem ini?

Langkah 1: Identifikasi Susunan Pegas

Langkah pertama yang perlu kita lakukan adalah mengidentifikasi bagaimana pegas-pegas itu disusun. Dari soal (dan biasanya ada gambar yang menyertai), kita bisa lihat kalau pegas 1 (k_1) dan pegas 2 (k_2) itu disusun secara seri. Kemudian, gabungan dari pegas 1 dan 2 ini disusun secara paralel dengan pegas 3 (k_3). Dan terakhir, gabungan dari ketiga pegas ini disusun secara seri dengan pegas 4 (k_4).

Guys, penting banget untuk bisa mengidentifikasi susunan pegas ini dengan benar. Soalnya, rumus yang kita pakai buat ngitung konstanta pegas total bakal beda tergantung susunannya.

Langkah 2: Hitung Konstanta Pegas Pengganti untuk Susunan Seri 1 dan 2

Karena pegas 1 dan 2 disusun seri, kita hitung dulu konstanta pegas penggantinya (k_12) dengan rumus susunan seri:

1/k_12 = 1/k_1 + 1/k_2 1/k_12 = 1/5 + 1/7 1/k_12 = 12/35 k_12 = 35/12 N/m

Jadi, konstanta pegas pengganti untuk pegas 1 dan 2 yang disusun seri adalah 35/12 N/m atau sekitar 2.92 N/m.

Langkah 3: Hitung Konstanta Pegas Pengganti untuk Susunan Paralel (Pegas 12 dan 3)

Selanjutnya, kita punya pegas pengganti k_12 yang disusun paralel dengan pegas 3 (k_3). Kita hitung konstanta pegas penggantinya (k_123) dengan rumus susunan paralel:

k_123 = k_12 + k_3 k_123 = 35/12 + 24 k_123 = 35/12 + 288/12 k_123 = 323/12 N/m

Jadi, konstanta pegas pengganti untuk gabungan pegas 1, 2, dan 3 adalah 323/12 N/m atau sekitar 26.92 N/m.

Langkah 4: Hitung Konstanta Pegas Total (Susunan Seri Pegas 123 dan 4)

Terakhir, kita punya pegas pengganti k_123 yang disusun seri dengan pegas 4 (k_4). Kita hitung konstanta pegas total (k_total) dengan rumus susunan seri:

1/k_total = 1/k_123 + 1/k_4 1/k_total = 1/(323/12) + 1/8 1/k_total = 12/323 + 1/8 1/k_total = (96 + 323) / (323 * 8) 1/k_total = 419 / 2584 k_total = 2584 / 419 N/m

Jadi, konstanta pegas total untuk sistem empat pegas ini adalah 2584/419 N/m atau sekitar 6.17 N/m.

Kesimpulan

Guys, dari contoh soal ini, kita bisa lihat kalau cara ngitung konstanta pegas total itu tergantung sama susunan pegasnya. Kalau disusun seri, kita pakai rumus 1/k_seri = 1/k_1 + 1/k_2 + ... , dan kalau disusun paralel, kita pakai rumus k_paralel = k_1 + k_2 + .... Jadi, penting banget buat kita pahami konsep dasar dan bisa identifikasi susunan pegas dengan benar.

Semoga penjelasan ini bermanfaat ya! Kalau ada pertanyaan atau mau request pembahasan soal lain, jangan ragu buat tulis di kolom komentar, guys! Semangat belajar fisika! 😉