ACARA IV
MODULUS
YOUNG KAWAT
A.
Pendahuluan
1. Latar Belakang
Di Indonesia banyak kita jumpai
jembatan. Baik jembatan kayu, besi, atau dari bahan yang lainnya. Saat jembatan
tersebut dilewati banyak manusia, kendaraan, atau beban yang berada di
tengah-tengah jembatan, maka jembatan akan melengkung meskipun sedikit. Dan ketika
jembatan tidak ada yang melewati, maka akan kembali ke semula. Peristiwa
tersebut berhubungan dengan Modulus Young. Contoh lain yang berhubungan dengan
Modulus Young adalah melengkungnya sebuah penggaris jika di tengah-tengah
penggaris diberikan beban. Dimana dalam peristiwa diatas kita
dapat menghitung atau menentukan elastisitas dari suatu bahan.
Menentukan Modulus Young dari suatu
bahan tidak terlepas dari sifat elastisitas suatu benda dan batas elastisnya.
Elastisitas adalah sifat dimana benda kembali pada ukuran dan bentuk awalnya
ketika gaya-gaya yang mengubah bentuknya dihilangkan. Batas elastis suatu benda
adalah tegangan terkecil yang akan menghasilkan gangguan permanen pada benda.
Ketika diberikan tegangan melebihi batas ini, benda tidak akan kembali persis
seperti keadaan awalnya setelah tegangan tersebut dihilangkan.
Modulus elastisitas didefinisikan sebagai
perbandingan antara tegangan dan regangan. Tegangan (σ) adalah besar
gaya yang bekerja (F), dibagi dengan
luas permukaan (A). Sedangkan
regangan (ε) adalah perubahan bentuk akibat
tegangan, diukur sebagai rasio perubahan dari sejumlah dimensi benda terhadap
dimensi awal dimana perubahan terjadi.
2. Tujuan
Tujuan dari praktikum acara IV Modulus Young Kawat ini
adalah:
a. Memahami sifat-sifat elastik benda padat.
b. Memahami tegangan dan regangan dari suatu bahan.
c. Mengukur modulus Young suatu bahan.
3. Waktu dan
Tempat Praktikum
Praktikum
acara IV Modulus Young Kawat dilaksanakan pada hari Rabu, tanggal 18 September
2013 pada pukul 09.00 – 12.00 WIB bertempat di Laboratorium Pusat MIPA,
Universitas Negeri Sebelas Maret Surakarta.
B. Tinjauan Pustaka
Jika sebuah benda padat berada dalam
keadaan setimbang tetapi dipengaruhi gaya-gaya yang berusaha menarik,
menggeser, atau menekannya, maka bentuk benda itu akan berubah. Jika benda
kembali ke bentuknya semula bila gaya-gaya dihilangkan, benda dikatakan elastik.
Kebanyakan benda adalah elastik terhadap gaya-gaya sampai ke suatu batas
tertentu yang dinamakan batas elastik. Jika gaya-gaya terlalu besar dan batas
elastik dilampaui, maka benda tidak kembali ke bentuknya semula, tetapi secara
permanen berubah bentuk. Rasio gaya F
terhadap luas penampang A dinamakan
tegangan tarik. Perubahan fraksional pada panjang batang ∆L/L dinamakan regangan (Tipler,
1998).
Satuan
Internasional (SI) tegangan adalah Newton per meter persegi (N.m-2).
Satuan ini juga
memiliki nama khusus yaitu pascal (disingkat Pa). 1 pascal = 1
Pa = 1 N.m-2. Satuan tegangan yang lain adalah dyne per sentimeter
persegi (dyn.cm-2). Perbandingan tegangan per regangan, atau
tegangan per unit regangan disebut Modulus Young suatu bahan (Sears, 1984).
Regangan
tidak memiliki satuan karena merupakan rasio dari
besaran-besaran yang sama. Modulus Young adalah ukuran dasar
yang penting dari perilaku mekanis bahan (Bueche, 2005).
Modulus elastisitas
didapat dari rumus sebagai berikut:
E
= σ / ε
E : Modulus elastisitas (MPa)
σ : Tegangan tarik/kuat tarik (MPa)
ε : Regangan (Budi, 2011).
Hampir semua logam pada tahap sangat awal
dari uji tarik terjadi hubungan antara beban atau gaya yang diberikan
berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini di sebut daerah
linier atau linear zone. Aturan Hooke
sebagai berikut: rasio tegangan (stress)
dan regangan (strain) adalah konstan.
Stress adalah beban di bagi luas
penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang di bagi panjang awal
bahan.
Stress:
σ = F/A
F :
gaya tarikan
A :
luas penampang
Strain:
ε = ∆L/L
∆L :
pertambahan panjang
L : panjang awal (Gandavi, 2010).
ΔL
berbanding lurus dengan berat atau gaya yang dikenakan pada benda (sebuah
hubungan yang pertama kali diamati oleh Robert Hooke (1635-1703). Kesebandingan
ini dapat dituliskan sebagai persamaan:
F = k ΔL
Disini F mewakili gaya (atau berat) yang
menarik benda, ΔL merupakan kenaikan
panjang, dan k tetapan kesebandingan
(Giancoli, 1997).
Menurut hukum Stokes, adanya beban tegangan tarik ini akan mengakibatkan
bertambah panjangnya kawat sesuai dengan modulus elastisitasnya. Apabila
modulus elastisitasnya kecil, pemuluran kawat
menjadi tinggi (Sara, 2009).
Elastisitas
menunjukkan bahwa deformasi yang dihasilkan oleh tegangan dalam batas normal
benar-benar kembali ke bentuk semula setelah beban dihilangkan. Ketika diangkat
ke tingkat tegangan yang lebih tinggi melampaui batas, akan terjadi deformasi
plastik atau kegagalan (Bahtiar, 2010).
Modulus Young (E) dari suatu material
adalah parameter kunci untuk desain teknik mesin. Elastisitas adalah hubungan
antara tegangan (σ) dan regangan (ε).
Hukum Hooke
menghubungkan ini dalam hal pemenuhan S atau kekakuan C,
σ = Cε ε = Sσ (Hopcroft, 2010).
Tabel 4.1 Perkiraan
Modulus Young
|
Bahan
|
Modulus Young
Y (Pa)
|
|
Aluminium
|
7.0 × 1010
|
|
Kuningan
|
9.0 × 1010
|
|
Tembaga
|
11 × 1010
|
|
Kaca
|
6.0 × 1010
|
|
Besi
|
21 × 1010
|
|
Timah
|
1.6 × 1010
|
|
Nikel
|
21 × 1010
|
|
Baja
|
20 × 1010
|
(Young, 1998).
C. Alat, Bahan dan Cara Kerja
1. Alat
a.
Jarum penunjuk skala
b.
Meteran dan jangka sorong
c.
Jangka ukur.
2.
Bahan
a.
Seperangkat bandul/beban
b.
Kawat tembaga dan besi.
3. Cara Kerja
a. Memasang kawat tembaga dengan panjang 1 meter dengan
salah satu ujungnya diikat dan ujung lainnya diberi beban/bandul 0,1 kg. Mengukur diameter kawat A tersebut dengan menggunakan jangka sorong dan massa benda yang
digantungkan
b. Mencatat perubahan panjang ΔL pada pergeseran penunjuk jarum
c. Memberi beban 0,1 kg lagi hingga menjadi 0,2 kg dan mencatat kembali massa
benda dan pergeseran jarum tersebut
d. Mengulangi langkah c dengan diberi beban 0,1 kg berturut-turut hingga
menjadi 0,3 kg; 0,4 kg; 0,5 kg hingga terjadi regangan yang besar. Mencatat hasil dalam sebuah tabel
e. Mem-plot grafik F/A
terhadap ΔL/L, sehingga diperoleh
modulus Young bahan
f. Mengulangi untuk beban yang dikurangi satu-persatu dan mencatat perubahan
skalanya
g. Mengulangi langkah a sampai e untuk kawat besi
h. Dengan menggunakan data yang diperoleh, menentukan
nilai tegangan, regangan, dan modulus Young dari tembaga dan kawat besi
i. Menggambar kurva elastisitas bahan.
DAFTAR
PUSTAKA
Bahtiar., Nugroho N, dan
Surjokusumo. 2010. Estimating Young’s
Modulus and Modulus of Rupture of Coconut Logs using Reconstruction Method.
Jurnal Civil Engineering Dimension Volume 12, Nomor 2.
Budi, Gatot
Setya. 2011. Pengujian Kuat Tarik dan
Modulus Elastisitas Tulangan Baja (Kajian terhadap Tulangan Baja dengan Sudut
Bengkok 45°, 90°, 135°). Jurnal Teknik Sipil Untan Volume 11, Nomor 1.
Bueche,
Frederick., dan Eugene
Hecht. 2005. Teori dan Soal-Soal Fisika
Universitas Edisi Kesepuluh. McGraw-Hill. New York.
Gandavi,
Ariv. 2010. Pengaruh Perubahan Waktu
Annealing Hingga 20menit terhadap Struktur Mikro dan Kuat Tarik Baja Tabung JIS
G3116 SG 295.
Giancoli,
Douglas C. 1997. Fisika Jilid 1 Edisi Empat. Erlangga. Jakarta.
Hopcroft,
Matthew A., Thomas W.
Kenny, dan William D.
Nix. 2010. What is the Young’s Modulus of
Silicon?. Journal of Microelectromechanical Systems Volume 19, Nomor 2.
Sara, Ira
Devi., dan Hari Anna Lastya. 2009. Pengaruh Faktor Eksternal Terhadap Andongan
dan Tegangan Tarik Saluran Transmisi 150 kV Banda Aceh – Pangkalan Berandan.
Jurnal
Rekayasa Elektrika Volume 8, Nomor 2.
Sears,
Francis W., Mark W.
Zemansky, dan Hugh D.
Young. 1984. University Physics Sixth
Edition Part I. Addison-Wesley. Massachusetts.
Tipler, Paul A.
1998. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi
Ketiga Jilid 1. Erlangga. Jakarta.
Young, Hugh
D., dan Roger A. Freedman.
1998. University Physics 9th Edition.
Addison-Wesley. Massachusetts.
No comments:
Post a Comment