Perilaku elastis dan plastis
Diperkenalkan| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| elastic/ɪˈlæstɪk/ | elastis |
| plastic/ˈplæstɪk/ | Plastis |
| limit of proportionality/ˈlɪmɪt ɒv prəˌpɔːʃəˈnælɪti/ | Batas proporsionalitas |
| elastic limit/ɪˈlæstɪk ˈlɪmɪt/ | Batas elastis |
| permanent extension/ˈpɜːmənənt ekˈstenʃn/ | Peregangan permanen |
Tes klip kertas
- Tekuk klip kertas sedikit dan ia kembali — elastis.
- Tekuk jauh dan ia tetap bengkok — plastis.
- Bahan yang sama dapat melakukan keduanya, tergantung seberapa keras Anda menekannya.
Tiga tahap peregangan
- Elastis dan lurus — mematuhi Hukum Hooke; kembali ke bentuk semula.
- Elastis tetapi melengkung — melewati batas proporsionalitas; masih kembali ke bentuk semula.
- Plastis — melewati batas elastis; perubahan permanen tertinggal.
Grafik tegangan-regangan, lurus hingga batas proporsionalitas P
Hukum Hooke
F = kx
Hingga batas, peregangan berbanding lurus dengan gaya — gradien adalah konstanta pegas k.
Pasangkan setiap tahap peregangan dengan apa yang terjadi.
Elastis = kembali ke panjang awal saat beban dilepas; plastis = perubahan permanen setelah melewati batas elastis.
Pemuatan dan pelepasan
- Regangkan melewati batas elastis, lalu lepaskan beban.
- Garis pembongkaran sejajar dengan garis pertama namun bergeser — meninggalkan perpanjangan permanen.
Setelah melewati batas elastis, suatu benda kembali ke panjang aslinya ketika beban dilepas.
Tidak — di daerah plastis, sisa peregangan permanen tetap ada setelah beban dilepas.
Cocokkan setiap istilah dengan definisi yang ditandai oleh penguji.
Batas elastis terletak sedikit melewati batas proporsional, sehingga suatu bahan dapat berhenti mematuhi Hukum Hooke sambil tetap bersifat elastis.
Energi = area di bawah grafik
- Usaha yang dilakukan untuk meregangkan material adalah area di bawah grafik gaya–perpanjangan.
Energi yang tersimpan dalam bahan yang diregangkan sama dengan ____ di bawah grafik gaya–peregangan.
Usaha = luas di bawah grafik gaya–peregangan (segitiga untuk material Hooke).
Energi elastis tersimpan
- Untuk material Hukum Hooke, area tersebut berbentuk segitiga: $E_{\text{P}} = \tfrac{1}{2}Fx = \tfrac{1}{2}kx^{2}$.
- Bentuk setara lainnya adalah $E_{\text{P}} = \dfrac{F^{2}}{2k}$.
Gaya-perpanjangan melewati batas elastis: P dan E ditandai, dengan perpanjangan permanen B tertinggal setelah pembongkaran
Sebuah pegas dengan konstanta $200\ \dfrac{\text{N}}{\text{m}}$ diregangkan sejauh $0.10\ \text{m}$. Berapa banyak energi potensial elastis yang tersimpan?
$E_{\text{P}} = \tfrac{1}{2}kx^{2} = \tfrac{1}{2} \times 200 \times 0.10^{2} = 1.0\ \text{J}$.
Ketika tidak berupa garis lurus
- Untuk karet, atau pegas yang melewati batasnya, grafiknya adalah kurva.
- Temukan area dengan menghitung kotak atau menggunakan trapesium — aturannya sama.
Membandingkan dan Melepaskan
- Gaya yang sama, pegas lebih lunak ($k$ lebih kecil) → $x$ lebih besar → energi tersimpan lebih banyak.
- Dilepaskan ke atas massa, energi potensial elastis menjadi energi kinetik: $\tfrac{1}{2}kx^{2} = \tfrac{1}{2}mv^{2}$.
Dua pegas ditarik dengan gaya yang sama. Pegas yang lebih lunak (konstanta $k$ lebih kecil) menyimpan:
Konstanta $F$ sama, peregangan $k$ lebih kecil → peregangan $x$ lebih besar → luas $\tfrac{1}{2}Fx$ lebih besar, sehingga lebih banyak energi tersimpan.
Ketika pegas yang diregangkan dilepaskan ke atas massa, energi potensial elastisnya menjadi energi ____.
Tetapkan $\tfrac{1}{2}kx^{2} = \tfrac{1}{2}mv^{2}$ (ditambah $mgh$ jika naik) untuk mencari kecepatan.
Contoh terpecah: energi dari grafik
- Sebuah pegas dengan konstanta pegas $40\ \text{N/m}$ diregangkan sejauh $0.10\ \text{m}$. Temukan energi yang tersimpan, dan energi tambahan yang diperlukan untuk meregangkannya hingga $0.20\ \text{m}$.
- Energi tersimpan adalah luas di bawah garis gaya-perpanjangan, yaitu sebuah segitiga: $E = \tfrac{1}{2}kx^2 = \tfrac{1}{2}(40)(0.10)^2 = 0.20\ \text{J}$.
- Pada $0.20\ \text{m}$: $E = \tfrac{1}{2}(40)(0.20)^2 = 0.80\ \text{J}$.
- Energi tambahan adalah selisihnya, $0.80 - 0.20 = 0.60\ \text{J}$, bukan $0.20\ \text{J}$ lagi.
- Energi berbanding lurus dengan $x^2$: menggandakan perpanjangan menghasilkan empat kali energi, sehingga bagian kedua peregangan selalu lebih mahal daripada bagian pertama.
⟦⟧ Nilai yang sering terlewat
- Pada grafik gaya-perpanjangan, luas adalah energi dan gradien adalah konstanta pegas. Membaca satu untuk yang lain akan menghilangkan seluruh pertanyaan.
- Energi tersimpan berbanding lurus dengan $x^2$, bukan $x$. Usaha antara dua perpanjangan adalah selisih dari dua nilai $\tfrac{1}{2}kx^2$.
- Deformasi elastis kembali ke panjang awal saat gaya dilepas; deformasi plastis meninggalkan perpanjangan permanen.
- Pada grafik panjang-gaya, hanya bagian melebihi panjang asli $L_0$ yang merupakan perpanjangan. Luas hingga ke sumbu bukanlah usaha.
- Untuk kurva melengkung, luas harus diperkirakan dengan menghitung kotak, karena $\tfrac{1}{2}kx^2$ mengasumsikan garis lurus.
Sebuah pegas dengan konstanta pegas 40 N/m diregangkan dari 0,10 m hingga 0,20 m. Berapa banyak energi tambahan yang dibutuhkan, dalam J?
0,80 J dikurangi 0,20 J = 0,60 J. Energi berbanding x^2, sehingga setengah kedua peregangan memakan biaya tiga kali lipat pertama, bukan sama lagi.
Pada grafik gaya–peregangan untuk pegas, manakah yang benar? Pilih semua yang sesuai.
Setengah k x kuadrat mengasumsikan garis lurus, sehingga tidak tersedia begitu grafik melengkung. Menghitung kotak-kotak adalah satu-satunya cara.
Menggandakan peregangan pegas menggandakan energi yang tersimpan di dalamnya.
Ia menjadikannya empat kali lipat, karena energi berbanding x kuadrat. Memperlakukan energi tersimpan berbanding lurus dengan peregangan adalah salah satu kesalahan standar topik ini.
Anda telah memahaminya
- Elastis kembali ke bentuk; plastis meninggalkan perpanjangan permanen (melewati batas elastis)
- energi tersimpan = luas di bawah grafik gaya–perpanjangan
- untuk bahan Hooke $E_{\text{P}} = \tfrac{1}{2}kx^{2}$