Usaha yang Dilakukan Pegas ǀ Gaya Pegas (Hooke), Usaha Pegas, Usaha Gaya Eksternal, Persamaan, dan Grafik

Bagaimana usaha yang dilakukan pegas, baik horisontal maupun vertikal? Hal ini tentu berkaitan dengan gaya pegas (Hooke), karena usaha adalah hasil kali dari gaya dan perpindahan. Usaha juga dilakukan oleh gaya eksternal (gaya tangan) saat menarik pegas. Berikut contoh dan penurunan persamaannya

Baca sebelumnya : Sistem Terisolasi & Sistem Tak Terisolasi ǀ Pengertian, Contoh Kasus, Cara Analisis Sistem

PEGAS HORISONTAL

Sebuah balok bermassa diletakkan di atas lantai licin tanpa gesekan. Ia dikaitkan pada sebuah pegas. Gaya tangan menarik balok ke arah kanan sehingga pegas teregang. Pegas juga memberikan gaya pegas pada balok yang arahnya berlawanan dengan gaya tangan.

Setelah balok dilepas, balok bergerak ke kanan & ke kiri seiring dengan pegas yang tertekan & teregang. Kita asumsikan lantai licin sehingga gerak pegas ini terus terjadi tanpa teredam. Kondisi ini disebut dengan sistem terisolasi.

Gambar 1.1. Gaya Fapp Menarik Balok yang Dikaitkan dengan Pegas. Gaya Pegas Menarik Balok dengan Arah yang Berlawanan
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

GAYA PEGAS

Pegas berada pada posisi setimbang (x=0). Kemudian, pegas direnggangkan atau ditekan oleh gaya luar (sebut saja tangan). Saat balok direnggangkan, gaya pegas akan menariknya, begitupula sebaliknya.

Berikut persamaan gaya yang dilakukan oleh pegas saat diregangkan atau ditekan (bukan gaya tangan).

Gambar 1.2. Persamaan Gaya Pegas, Usaha Pegas, & Usaha Gaya Eksternal.
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Hukum di atas disebut dengan hukum Hooke. Tanda negatif pada persamaan di atas menandakan arah gaya yang dikerjakan oleh pegas selalu berlawanan arah terhadap perubahan dari posisi setimbangnya.

Gaya pegas akan selalu negatif di semua titik. Tanda negatif hanya sebagai penerjemah bahwa gaya dan perubahan posisi berlawanan. Kita dapat tidak mengikutsertakannya dalam perhitungan.

Dalam perhitungan, kita bisa menghilangkan tanda negatif di depan k agar tidak ribet. Kita hanya akan memiliki persamaan F = kx. Gaya pegas akan sama besar walau diperlakukan dengan cara ditekan atau direnggangkan.

k (konstanta gaya/ konstanta pegas) adalah ukuran kekakuan pegas. Semakin kaku pegas maka nilai k akan semakin besar. Begitupula sebaliknya, semakin lentur pegas semakin kecil nilai k-nya.

Gaya pegas bekerja terhadap posisi setimbang balok seolah-olah ingin mengembalikan posisi balok ke titik setimbangnya x=0. Hal ini menjadikan gaya pegas disebut dengan gaya pemulih.

Ingat! Tidak perlu memusingkan nilai x negatif atau positif.

USAHA PEGAS

Lantas, bagaimana dengan perpindahan sejati dari si balok (bukan perpindahan terhadap posisi setimbang, x=0? Saat balok dilepaskan setelah sebelumnya diregangkan, balok akan meluncur. Perpindahannya baloknya akan ke kiri, bukan? Dan gaya pegasnya juga ke kiri.

Usaha akan bernilai positif jika gaya searah dengan perpindahan balok. Dan usaha bernilai negatif jika gaya berlawanan arah dengan perpindahan balok. Usaha yang dilakukan pegas pada balok bernilai positif karena perpindahan balok searah dengan gaya pegas.

Gambar 1.3. Balok Meluncur dari Kanan-Kiri. Perhatikan Gaya Pegas, Kecepatan, Percepatan, dan Posisi Sistem Balok-Pegas pada Tiap Titik
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Gambar 1.4. Balok Meluncur dari Kiri-Kanan. Perhatikan Gaya Pegas, Kecepatan, Percepatan, dan Posisi Sistem Balok-Pegas pada Tiap Titik
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Persamaan usaha pegas dapat dilihat pada gambar 1.2.

GAYA EKSTERNAL PADA PEGAS

Setelah kita membahas gaya yang dilakukan pegas (berasal dari pegas). Kini, kita meninjau gaya eksternal sebut saja gaya tangan kita saat awal-awal meregangkan pegas. Kita regangkan pegas ke kanan. Arah gaya pegas = ke kiri & arah gaya tangan = ke kanan.

Nilai usaha dari gaya eksternal ini berlawanan dengan gaya pegas. Berikut persamaan usaha gaya eksternal dapat dilihat pada gambar 1.2. dan representasi gaya eksternal pada sistem dapat dilihat pada gambar 1.1.

Ingat! Gaya eksternal bernilai positif sedangkan gaya pegas bernilai negatif. Maksud negatif dan positif disini adalah simbol bahwa mereka berlawanan.
Baca selanjutnya : Usaha adalah Perubahan Energi Kinetik ǀ Contoh Kasus, Penurunan Persamaan, & Teorema Energi Kinetik-Usaha

Nilai usaha yang dilakukan gaya pegas dan gaya eksternal adalah sama besar, hanya saja berbeda arah. Pegas yang bergerak secara vertikal juga sama saja analisisnya, dimana gaya eksternalnya adalah bandul dari beban yang diberikan padanya.