Elastisitas

KETIKA para ilmuwan menyusun teori fisika berdasarkan pandangan mekanika, mereka melihat berbagai benda dalam bentuk kaku sempurna atau lentur sempurna. Banyak hukurn yang ditemukan berlaku untuk benda atau zat manakala kita memandang bahwa benda atau zat itu memiliki wujud yang kaku sempurna. Dan dalam hal cairan dan gas, mereka memiliki wujud lentur sempurna. Dari pandangan semacam ini, lahirlah berbagai hukum fisika yang masih berlaku sampai sekarang ini.

Di dalam alam, tidak semua zat memiliki sifat demikian. Banyak zat yang terletak di antara lentur sempurna dan kaku sempurna. Setelah para ilmuwan melakukan studi terhadap zat seperti ini, lahirlah cabang mekanika yang dikenal sebagai mekanika benda kenyal (deformable bodies). Mekanika benda kenyal ini pun mengenal sejumlah hukum yang terus kita gunakan sampai sekarang.

Salah seorang yang merintis bidang mekanika benda kenyal ini adalah Robert Hooke. Ia menelaah elastisitas pada benda dan daripadanya kita menemukan hukum elastisitas yang dikenal sebagai hukum Hooke. Hukum ini ditemukan pada masa awal terbentuknya The Royal Society di London yakni di dalam abad ke-17. Dan dalam hal ini, Hooke juga memiliki sejumlah peranan di dalam The Royal Society itu.

Robert Hooke
DILAHIRKAN di Freshwater, Isle of Wight, Inggeris, pada tanggal 18 Juli 1635, Robert Hooke adalah anak dari pendeta yang bernama John Hooke. Banyak orang beranggapan bahwa pada masa kecilnya, Robert Hooke tidak hidup bahagia. Ia sering menderita sakit dan penyakit yang terus membekas sampai ke hari tuanya adalah penyakit cacar. Cacar itu membuat dirinya bopeng-bopeng. Konon, ketidakbahagiaan di waktu kecil ini kemudian menyebabkan Robert Hooke suka bertengkar dengan berbagai ilmuwan, termasuk ilmuwan tenar seperti Isaac Newton.

Mula-mula Hooke belajar di Sekolah Westminster. Pada tahun 1653, ia meneruskan sekolahnya ke Christ Church College di Oxford. Untuk menutup biaya hidup dan biaya sekolahnya, Hooke bekerja pula sebagai pelayan di rumah makan. Ditambah dengan asal usul dirinya yang tidak termasuk golongan tinggi, kata orang, pekerjaan ini kemudian berpengaruh pula pada sikapnya terhadap orang lain yakni sikap yang suka bertengkar itu.

Di Oxford itulah, Charles Boyle tertarik kepada Hooke. Pada tahun 1655, Boyle mengangkat Hooke sebagai asistennya (lihat “Hukum Boyle,” Aku Tahu No. 83, Januari 1990). Sebenarnya, yang menarik perhatian Boyle adalah keterampilan yang dimiliki Hooke. Hooke memiliki keterampilan tinggi dalam mengerjakan alat mekanika. Karena itu, ketika menjadi asisten Boyle, Hooke membantu dalam pembuatan pompa hawa. Pompa itu diperlukan oleh Boyle untuk melak-sanalcan percobaan pada gas.

Ternyata Hooke bukan asisten biasa. Keterampilan dan kecerdasannya mengangkat dirinya sampai menjadi ilmuwan yang tenar pula. Setelah The Royal Society terbentuk, pada tahun 1662 Hooke diangkat menjadi kurator eksperimen. Dalam jabatannya ini, Hooke akan melakukan eksperimen dari berbagai laporan ilmiah yang disarnpaikan oleh para ilmuwan ke The Royal Society itu. Di situ, ia dianggap sebagai pelaksana eksperimen yang paling cerdas dan mampu di seluruh bidang ilmu.

Jabatan sebagai kurator eksperimen ini dipegang oleh Hooke sampai seumur hidup. Melalui berbagai eksperimen itu, Hooke banyak berhubungan dengan berbagai temuan ilmiah yang dilaporkan oleh berbagai ilmuwan. Keterlibatan ini sering mengundang kericuhan. Dengan sikap yang suka bertengkar dan gemar memojokkan orang lain, Hooke sering berkata bahwa ia telah juga berpikir ke arah temuan ilmuwan lain itu. Karena kecerdasannya yang tinggi, perkataan Hooke ini mungkin saja tidak sepenuhnya palsu. Namun, tidak jarang, pengakuan seperti ini, mengundang kericuhan dengan para ilmuwan.

Bahkan, dalam hal hukum Newton, ia pernah berkata bahwa ia sudah berpikir ke arah apa yang ditemukan oleh Newton. Pertengkaran dengan Newton ini sampai-sampai menimbulkan gangguan saraf (nervous breakdown) pada Newton. Dalam keadaan seperti ini, sikap Hooke itu cukup kotor, antisosial, suka berkelahi, serta memiliki kesenangan yang tidak sehat melalui pertentangan dan pertengkaran.

Pada tahun 1663, Hooke diterima sebagai anggota The Royal Society. Pada tahun 1665, ia diangkat menjadi guru besar geometri di Graham College, London. Pada tahun 1666, setelah kebakaran besar di London, sebagai surveyor kota, Hooke merancang sejumlah bangunan di London. Dari tahun 1677 sampai tahun 1682, Hooke menjadi sekretaris pada The Royal Sociey.

Minat Hooke tersebar hampir di semua bidang ilmu. Namun, dari segi teori, banyak pemikirannya yang berhenti di tengah jalan. ia menyusun teori yang tidak sempurna dalam hal gelombang cahaya, gravitasi (heboh dengan Newton), dan bahkan ia menyusun gagasan yang tidak sempuma tentang mesin uap. Besar kemungkinan bahwa ketidaktuntasannya ini disebabkan oleh kelemahannya di bidang matematika. Sekalipun ia adalah guru besar di bidang geometri, namun untuk keperluan pengembangan berbagai macam ilmu, kemampuan matematikanya masih kurang memadai.

Kelemahannya di bidang matematika itu sering menyebabkan ia meninggalkan suatu gagasan yang sedang digarapnya. Kalau gagasan yang ditinggalkannya itu diteruskan oleh ilmuwan lain dan berhasil, maka peristiwa ini akan menimbulkan pertengakaran di antara Hooke dan ilmuwan itu. Ia menuduh orang lain mencuri gagasannya. Dan tuduh menuduh seperti ini membuat banyak pihak merasa tidak gembira.

Hooke mempelajari astronomi dan pada tahun 1664 menemukan bahwa Gamma Ariesta adalah bintang ganda. Dalam hal penemuan bintang ganda ini, hanya Giovanni Battista Riccioli yang telah mendahuluinya. Dengan kata lain, Hooke adalah orang kedua yang pernah menemukan bintang ganda. Ketika mempelajari geologi, Hooke me-ngemukakan pendapat bahwa gempa bumi disebabkan oleh pendinginan dan pengerutan bumi. Ia juga mempelajari struktur kristal. Pada suatu waktu, ia juga mempelajari ciri-ciri suara. Dan pada waktu lain, ia mempelajari hawa serta keternapasannya. Dalam hal ini, ia berkata bahwa hawa mengandung sesuatu yang secara unik cocok untuk menunjang kehidupan.

Hooke juga mempelajari tumbuh-tumbuhan. Ketika mempelajari struktur gabus, ia menemukan bahwa gabus itu terdiri atas ruang-ruang kosong. Hooke menamakan ruang-ruang itu sebagai “sel”. Sesungguhnya, sel itu tidak lain adalah sisa dari sel yang telah mati. Kemudian, istilah sel ciptaan Hooke ini dipopulerkan oleh ilmuwan lain seperti Matthias Jacob Schleiden dan Theodor Schwann. Pada tahun 1665, Hooke menulis buku tentang sejarah mikroskopi berjudul Micrographia. Buku ini ditulis dalam bahasa Inggris. Di dalamnya terdapat banyak lukisan yang bagus tentang obyek mikroskopik.

Ia juga mempelajari biologi. Studi tentang insekta cukup mendalam. Ia juga mempelajari bulu burung dan sisik ikan. Kata orang, hanya Jan Swammerdam yang dapat menandingi-nya di bidang ini. Namun, sejak kebakaran besar di London pada tahun 1666 itu, Hooke tidak lagi mempelajari mikroskop. Studi yang kemudian mengikat namanya sampai sekarang adalah elastisitas. Kita menemukannya dalam bentuk hukum Hooke. Hukum ini ditemukannya pada tahun 1676 (ada yang mengatakannya tahun 1678).

Hukum Hooke ini kemudian banyak dimanfaatkan oleh arloji dan jam melalui pegas. Sebelum itu, salah satu penggerak utama pada jam adalah pendulum. Melalui gerakan pendulum ke kiri dan ke kanan, jarum jam dibuat bergerak dari detik ke detik, dari menit ke menit, dan dari jam ke jam. Dengan memanfaatkan hukum Hooke, pendulum pada jam itu diganti dengan pegas spiral. Pegas akan memekar dan mengerut terhadap letak keseimbangan dalam jangka waktu yang sama serta tidak bergantung kepada panjang ayunan masuk dan keluar pada pegas itu. Sampai sejumlah tahun yang lampau, sebelum arloji elektronika muncul, kita masih menggunakan arloji yang digerakkan oleh pegas.

Bersama penemuan itu, Hooke merupakan orang pertama yang menggunakan pegas spiral untuk mengatur gerak arloji. Ia juga merupakan orang pertama yang mengukur gravitasi dengan pendulum, Namun, selain di bidang teori mikroskopi, optika, akustika, dan kosmologi ini, Hooke juga menciptakan sejumlah alat. Di antaranya, ia menciptakan barometer roda. Robert Hooke meninggal di London pada tanggal 3 Maret 1703.

Hukum Hooke
SESUNGGUIINYA hukum ini cukup sederhana. Hooke melihat bahwa benda yang ditarik akan memanjang. Namun, ketika tarikan itu dilepas, maka benda itu akan kembali ke panjang semula. Ini berarti bahwa ada gaya yang ingin mengembalikan ukuran benda itu ke kedudukan semula. Berapa besarkan gaya itu? Hooke menemukan bahwa gaya itu berbanding lurus dengan simpangan yang ditimbulkan oleh tarikan itu. Makin besar simpangan makin besar gaya yang ingin mengembalikannya ke kedudukan semula.

Kalau gaya itu adalah G serta simpangannya adalah s, maka hukum Hooke ini menyatakan bahwa G = ks dengan k sebagai suatu konstanta yang bergantung kepada jenis bahan dari benda yang ditarik itu.

Tentunya, hukum ini mengenal batas. Kalau benda itu terus ditarik, maka pada suatu saat, benda itu akan menyerah. Benda itu putus sehingga tidak lagi memiliki gaya untuk pulih ke keadaan semula. Dengan demikian, hukum Hooke ini berlaku di dalam batas itu. Benda yang memiliki ciri berupa dapat ditarik menjadi lebih panjang dan dapat kembali ke keadaan semula ini dikenal sebagai benda elastik serta sifat itu dikenal sebagai elastisitas.

Untuk menelaah hukum Hooke ini lebih lanjut, coba kita lihat tulisan Hooke sendiri tentang hukumnya itu. Tulisan Hooke tentang elastisitas ini diterbitkan di dalam De Potentia Restitutiva tahun 1678. Tulisan itu sendiri disusun dalam bahasa Inggris.

“Teori pegas,” tulis Hooke, “… sampai kini belum pernah dipublikasikan oleh siapa-siapa. Kini sudah sekitar delapan belas tahun sejak saya pertama kali menemukannya, namun, dengan rencana untuk menerapkannya ke pemakaian tertentu, saya tidak mempublikasikannya.”

Selanjutnya, Hooke menulis, “Sekitar tiga tahun setelah itu, Raja merasa gembira melihat eksperimen yang dilakukan dari teori ini dan [eksperimen itu] dilakukan di Whitehall, seperti juga halnya arloji pegas saya.”

Dalam tulisan itu, kita menemukan rumusan dari hukum itu dalam bentuk kata-kata, “Sekitar dua tahun setelah itu, saya mencetak teori ini dalam bentuk anagram di akhir buku saya tentang helioskop yakni kekuatan setiap pegas adalah dalam proporsi sama dengan regangan yang dideritanya: yakni, jika satu kekuatan memanjangkan atau melenturkannya sejauh satu ruang, maka dua akan melenturkannya dua, tiga akan melenturkannya tiga, dan demikian seterusnya. Kini karena teorinya sangat pendek, maka cara mencobanya juga sangat mudah.”

Untuk mengilustrasikan teorinya itu, Hooke menulis dalam kalimat yang sangat panjang, “Ambillah sejumlah kawat yang seragam, entah baja, besi, atau kuningan, dan gulungkannya pada silinder seragam sehingga menjadi heliks dengan panjang yang anda kehendaki, kemudian buat kedua ujung kawat menjadi simpal atau loop, dengan satu ujung kumparan ini dipasang pada paku, serta ujung lain dibebani dengan berat yang dapat memanjangkannya, dan melalui penggantungan beberapa berat, amati secara tepat sampai berapa panjang setiap berat itu memanjangkan kumparan itu melampaui pemanjangan yang disebabkan oleh beratnya sen-diri, dan anda akan menemukan bahwa jika satu ons, atau satu pon, atau suatu berat tertentu memanjangkannya satu garis, atau satu inci, atau satu panjang tertentu, maka dua ons, dua pon, atau dua berat akan memanjangkannya dua garis, dua inci, atau dua panjang; dan tiga ons, pon, atau berat, tiga garis, inci, atau panjang; dan demikian seterusnya. Dan ini adalah aturan atau hukum alam, dengannya semua cara gerak pemulihan atau pemegasan berlangsung, apakah mereka berupa penjarangan atau pemanjangan, atau kondensasi atau kompresi.”

Pada tulisan itu, Hooke juga menyatakan bahwa percobaan demikian dapat diteruskan ke kayu kering ataupun ke sejumlati hawa. Hooke berkata bahwa ia telah melakukannya selama empat belas tahun sejak ia mempublikasikan Micrographia, sehingga dalam tulisan itu, keterangan yang diberikannya sudah dirasakannya cukup dan tidak perlu ditambahkan apa-apa lagi.

Oleh: Dali S. Naga

Sumber: Majalah AKUTAHU/APRIL 1990