Gaya pegas merupakan gaya yang timbul dari sifat elastisitas suatu benda. Benda padat memiliki kecenderungan untuk mempertahankan posisinya sesuai dengan posisi semula. Gaya pegas timbul karena elastisitas benda yang ketika dikenai gaya akan berusaha untuk kembali ke posisi semula.
Pengertian Gaya Pegas
Gaya pegas merupakan gaya yang timbul karena oleh karet, pegas atau per yang terenggang atau diberikan gaya pada benda elastis tersebut. Ada banyak contoh gaya pegas dalam kehidupan seperti ketapel yang ditarik untuk kemudian mendorong batu terlempar.
Oleh karena itu gaya pegas hanya berguna untuk benda yang bersifat elastis. Gaya pegas sangat penting untuk kehidupan sehari-hari seperti meredam guncangan pada kendaraan.
Pada gambar 1 di atas terlihat ada sebuah pegas dalam tiga kondisi yakni pegas tanpa diberi beban, pegas dengan beban m dan pegas dengan beban 2m.
a) Pegas dalam kondisi tergantung tanpa beban dengan panjang X0
b) Pegas dalam kondisi tergantung dengan bagian ujung bebasnya digantungkan beban yang memiliki massa m. Hal ini membuat panjang pegas menjadi X1 dengan pertambahan panjang sebesar ΔX1
c) Pegas dalam kondisi tergantung dengan bagian ujung bebasnya digantungkan beban yang memiliki massa 2m. Hal ini membuat panjang pegas menjadi X2 dengan pertambahan panjang sebesar ΔX2
Dari gambar di atas dapat disimpulkan bahwa pegas bisa memanjang disebabkan oleh adanya gaya berat beban yang bekerja di pegas. Semakin berat beban yang diberikan pada ujung pegas, maka pertambahan panjang pegasnya semakin besar.
Contoh Benda yang Memiliki Gaya Pegas
Tempat tidur yang dibuat dari springbed sebenarnya tersusun dari pegas-pegas yang diatur penyusunannya dengan posisi sama. Oleh karena itu ketika anak-anak loncat-loncat di atas springbed, mereka dapat terdorong ke atas berkat gaya dari pegas.
Selain springbed, suspensi pada sepeda motor menggunakan gaya pegas yang disusun secara paralel. Sistem suspensi motor bertujuan untuk meredam goncangan yang timbul tatkala kendaraan melewati jalanan yang tidak stabil. Hal ini sangat penting untuk mempertahankan kondisi keseimbangan kendaraan.
Rumus Gaya Pegas
Apabila ada suatu pegas dengan konstanta sebesar k ingin diregangkan sejauh Δx, maka gaya yang dibutuhkan agar pegas meregang sejauh Δx adalah:
F = k Δx
Rumus untuk menghitung besarnya gaya yang dilakukan oleh pegas dinyatakan berdasarkan Hukum Hooke. Jika pegas disusun secara paralel, maka gaya yang dibutuhkan untuk meregangkan pegas agar tertarik sejauh x adalah dua kali lipat dari gaya awal.
Fp = 2F = 2 k . Δx
Keterangan:
F = Gaya pegas (N)
k = konstanta pegas (N/m)
Δx = jarak regangan pada pegas (m)
Jika pegas ditarik menjauhi posisi semula atau diregangkan, maka Δx akan bernilai positif. Sehingga gaya yang dikerahkan oleh pegas bernilai negatif. Sementara jika pegas ditekan, maka Δx akan bernilai negatif. Sehingga gaya yang dikerahkan pegas positif.
Konstanta Pegas
Konstanta pegas adalah karakteristik atau ciri khusus dari sebuah pegas. Nilai dari konstanta pegas dipengaruhi oleh besar gaya pemulihnya. Gaya pemulih adalah gaya yang berguna untuk mengembalikan atau memulihkan keadaan pegas ke posisi awalnya.
Misalnya ketika pegas ditarik oleh tangan, maka tangan akan merasakan tarikan dari pegas untuk kembali ke posisi semula. Sementara ketika pegas ditekan, maka tangan akan merasakan dorongan dari pegas. Gaya yang dirasakan oleh tangan ini disebut gaya pemulih.
Konstanta pegas menunjukkan perbandingan antara gaya (F) terhadap x atau perpanjangan pegas. Selama gaya yang diberikan pada pegas tidak melampaui titik patahnya, maka besar gaya pada pegas akan sebanding dengan perubahan panjang pada pegas.
Apabila pegas semakin diregangkan atau ditarik, maka gaya yang harus dikerahkan oleh pegas pun semakin besar. Sementara jika pegas semakin ditekan, maka gaya yang dilakukan pegas semakin besar.
Susunan Pegas Seri
Bentuk susunan pegas secara seri bisa dilihat dari Gambar 4. di bawah ini:
Pada susunan pegas secara seri, saat ujung pegas diberi gaya baik gaya tarik atau gaya dari beban, maka seluruh pegas akan mendapatkan gaya yang sama. Konstanta pegas dari susunan pegas secara seri ditunjukkan pada rumus di bawah ini
Keterangan:
ks = konstanta pegas susunan seri
Pada pegas yang disusun secara seri, ketika pegas pertama diberikan gaya sebesar F, maka gaya tersebut akan menarik pegas pertama sehingga bertambah sejauh x. Pegas pertama kemudian meneruskan gaya tersebut hingga meregangkan pegas kedua dengan gaya F yang sama.
Susunan Pegas Paralel
Susunan pegas secara paralel ditunjukkan berdasarkan gambar 5 di bawah ini:
Pada saat susunan pegas secara paralel ditarik oleh gaya tertentu atau berat, maka pemanjangan pegasnya akan sama dan gaya yang diberikan ke pegas tersebut dibagi sebanding dengan konstantanya. Konstanta pengganti untuk susunan pegas paralel memenuhi persamaan di bawah ini:
kp = k1 + k2 + k3 + … + kn
Contoh Soal Gaya Pegas
- Soal 1
Suatu pegas mempunyai konstanta pegas sebesar 75 N/m ditekan sehingga pegas yang awalnya memiliki panjang 10 cm menjadi 5 cm. Tentukan berapa besar gaya pegas?
Diketahui:
x1 = 10 cm = 0,1 m
x2 = 5 cm = 0,05 m
k = 75 N/m
Δx = x2 – x1 = 0,05 m – 0,1 m = – 0,05 m
Jawab:
Besar gaya pegas dihitung menggunakan rumus berikut:
F = -k . Δx
F = (-75 N/m) (-0,05 m) = 3,75 N
Sehingga besar gaya yang diberikan oleh pegas adalah 3,75 N. Gaya yang harus diberikan dari luar supaya pegas dapat tertekan sebesar 0,05 m adalah sebesar 3,75 N dengan arah berlawanan dengan gaya pegas.
- Soal 2
Tiga buah pegas disusun secara paralel dengan konstanta masing-masing pegas sebesar k1 = 150 N/m, k2 = 200 N/m, dan k1 = 100 N/m. Tentukan berapakah konstanta pegas pengganti dan hitunglah berapakah perpanjangan susunan pegas apabila digantungkan beban sebesar 5 kg.
Jawab:
Konstanta pegas pengganti:
kp = k1 + k2 + k3
kp = 150 N/m + 200 N/m + 100 N/m
kp = 450 N/m
Rumus untuk menghitung gaya pegas adalah dengan mengalikan konstanta pegas terhadap pertambahan panjang pegas. Hal ini sesuai dengan penelitian Robert Hooke yang menemukan adanya hubungan antara pertambahan panjang pada pegas dengan gaya yang dikenakan pada pegas tersebut.