Simulasi Hukum Hooke Interaktif: Pegas di Udara, Air, dan Oli (Fisika SMA)

Hukum Hooke menghubungkan gaya pegas dengan perubahan panjangnya. Di sini kamu bisa menguji pegas horizontal (di atas permukaan licin) dan vertikal (menggantung), lalu membandingkan perilakunya di udara, air, dan oli.

Pada pegas vertikal, medium menggeser posisi setimbang lewat gaya apung. Pada kedua pegas, medium juga menentukan redaman osilasi.

Simulasi Hukum Hooke

Uji pegas di udara, air, dan oli. Lihat bagaimana medium mengubah posisi setimbang dan redaman.
Dirancang oleh urip.info

Dasar Teori

Hukum Hooke. Gaya pemulih pegas sebanding dengan perubahan panjangnya: $F_s = -k\,\Delta x$. Tanda negatif berarti gaya selalu berlawanan arah dengan perubahan panjang.

Pegas horizontal. Berat dan gaya normal saling meniadakan, sehingga posisi setimbang berada di panjang alami pegas ($x = 0$). Simpangan $x$ diukur dari titik itu. Gaya apung bekerja vertikal, jadi tidak menggeser posisi setimbang.

Pegas vertikal. Pada posisi setimbang gaya pegas mengimbangi berat dikurangi gaya apung: $k\,\Delta x_{eq} = mg - \rho_{f}Vg$. Benda berosilasi di sekitar posisi setimbang itu. Jika $\rho_f V > m$, gaya apung lebih besar daripada berat sehingga $\Delta x_{eq} < 0$ dan pegas tertekan.

Redaman. Medium memberi gaya hambat $-c\,v$. Persamaan geraknya $m\ddot{u} + c\dot{u} + ku = 0$, dengan $u$ simpangan dari posisi setimbang. Nilai $\zeta = c/(2\sqrt{km})$ menentukan jenisnya: $\zeta<1$ kurang teredam (masih berosilasi), $\zeta=1$ redaman kritis, $\zeta>1$ lewat teredam (tidak berosilasi). Periode alami $T = 2\pi\sqrt{m/k}$ tidak bergantung pada gaya apung maupun $g$.

Asumsi model. Pegas ideal tanpa massa, permukaan licin, gaya hambat sebanding kecepatan, dan benda tercelup penuh di fluida. Nilai $c$ udara < air < oli (oli paling kental).

Cara Membaca Simulasi

Garis putus-putus abu-abu menandai panjang alami pegas ($\Delta x = 0$). Garis putus-putus biru menandai posisi setimbang. Kedua garis ini tetap diam.

Panah oranye dengan label $x$ (horizontal) atau $\Delta x$ (vertikal) ikut bergerak: pangkalnya di garis acuan, ujungnya di titik sambung pegas pada benda, jadi panjangnya selalu sama dengan perubahan panjang pegas saat itu. Panah hijau (horizontal) adalah gaya pegas pada benda.

Ubah $k$, $m$, volume, atau medium, lalu amati posisi setimbang, grafik, dan perhitungan. Tombol Reset mengulang osilasi dari simpangan awal, tombol Jeda membekukan gerakan.

Pegas Horizontal di Atas Permukaan Licin

Konstanta pegas $k$ (N/m)

Massa $m$ (kg)

Medium UdaraAirOli

panjang alami perubahan panjang $x$ (bergerak) gaya pegas $F_s$

Grafik simpangan $x$ (cm) terhadap waktu $t$ (s)

Simpangan $x$

Kecepatan $v$

Gaya pegas $F_s$

Periode alami $T$

Koef. redaman $c$

Rasio redaman $\zeta$

Jenis redaman

Catatan: Ganti medium: posisi setimbang tidak berubah, tetapi osilasi meredam jauh lebih cepat di air dan terutama di oli.

Pegas Vertikal Menggantung

Konstanta pegas $k$ (N/m)

Massa $m$ (kg)

Volume benda $V$ (L)

Medium UdaraAirOli

panjang alami ($\Delta x = 0$) posisi setimbang perubahan panjang $\Delta x$ (bergerak)

Grafik pertambahan panjang $\Delta x$ (cm) terhadap waktu $t$ (s)

Perubahan panjang $\Delta x$

$\Delta x$ setimbang

Kecepatan $v$

Gaya pegas $F_s$

Berat $W = mg$

Gaya apung $F_b$

Berat efektif $W - F_b$

Periode alami $T$

Koef. redaman $c$

Rasio redaman $\zeta$

Catatan: Di air atau oli, gaya apung mengurangi berat efektif sehingga garis setimbang naik mendekati garis panjang alami. Jika $\rho_f V > m$, garis setimbang berada di atas garis alami dan pegas tertekan. Periode alami $T$ tidak berubah karena gaya apung hanya menggeser posisi setimbang.

Skor: 0 / 0Streak: 0

Memuat soal...