IV. MODULUS YOUNG KAWAT

A. Pendahuluan

1. Latar Belakang

Elastisitas adalah kemampuan suatu objek untuk kembali ke bentuk

awalnya setelah suatu gaya eksternal (dari luar) yang diberikan

sebelumnya berakhir. Jika benda tersebut tidak kembali ke bentuk semula

setelah gaya dihentikan, benda tersebut dikatakan memiliki sifat plastis.

Jika sebuah benda elastis ditarik oleh suatu gaya, benda tersebut akan

bertambah panjang sampai ukuran tertentu sebanding dengan gaya

tersebut, yang berarti ada sejumlah gaya yang bekerja pada setiap satuan

panjang benda Gaya yang bekerja sebanding dengan panjang benda dan

berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Dalam fisika, besarnya

gaya yang bekerja (F) dibagi dengan luas penampang (A) didefinisikan

sebagai tegangan (stress), disimbolkan σ: F/A. Dalam SI, satuan tegangan

(σ) adalah N/m2 yang diperoleh melalui pembagian satuan gaya dan luas.

Apabila gaya tersebut menyebabkan pertambahan panjang pada benda,

maka disebut tegangan tensil. Sebaliknya, jika gaya menyebabkan

berkurangnya panjang benda, maka disebut tegangan kompresional.

Tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan suatu regangan,

tergantung pada keadaan bahan yang ditekan. Tegangan pada benda,

misalnya kawat besi, didefinisikan sebagai gaya persatuan luas

penampang benda tersebut, Bila dua buah kawat dari bahan

yang sama tetapi luas penampangnya berbeda diberi gaya, maka kedua

kawat tersebut akan mengalami tegangan yang berbeda. Kawat dengan

penampang kecil mengalami tegangan yang lebih besar dibandingkan

kawat dengan penampang lebih besar. Tegangan

benda sangat diperhitungkan dalam menentukan ukuran dan jenis bahan

penyangga atau penopang suatu beban, misalnya penyangga jembatan

gantung dan bangunan bertingkat.

Regangan, disimbolkan oleh ε didefinisikan sebagai perbandingan

pertambahan atau perubahan panjang (∆l) dengan panjang mula-mula (l0).

Dalam SI, regangan tidak memiliki satuan karena pembagian antar satuan

panjang (m/m= -). Berdasarkan jenis tegangan, regangan dapat

digolongkan menjadi:

1.) Regangan linear: perbandingan antara perubahan panjang dengan

panjang mula-mula yang disebabkan oleh tegangan normal.

2.) Regangan volume: perbandingan antara perubahan volume dengan

volume mula-mula yang disebabkan oleh stress normal dari

beberapa sisi.

3.) Regangan shear, perbandingan antara perubahan bentuk dengan

bentuk semula yang diakibatkan adanya tegangan tangensial.

Perbandingan antara tegangan dan regangan, atau tegangan persatuan

regangan, disebut modulus elastik bahan. Semakin besar modulus elastis,

semakin besar tegangan yang dibutuhkan untuk suatu regangan tertentu.

Modulus elastisitas (E) didefinisikan sebagai hasil pembagian atau

rasio antara tegangan (σ) dan regangan (e) : E= σ/e. Jika Modulus

Elastisitas menyatakan perbandingan antara tegangan terhadap regangan

linear, maka disebut dengan Modulus Young. Rumus Modulus Young

diturunkan dari rumus tegangan dan regangan, yaitu:

Gambar 4.1 Rumus Modulus Young

Dalam SI, satuan Modulus Young sama dengan satuan tegangan

(N/m2) karena pembagian tegangan dengan regangan tidak menimbulkan

pengurangan satuan (regangan tidak memiliki satuan). Modulus Young

juga menunjukkan besarnya hambatan untuk merubah panjang

suatu benda elastis. semakin besar nilai Modulus Young suatu benda,

semakin sulit benda tersebut dapat memanjang, dan sebaliknya. Jika

modulus elastisitas menyatakan perbandingan antara tegangan terhadap

regangan volume, maka disebut dengan Modulus Bulk yang menunjukkan

besarnya hambatan untuk mengubah volume suatu benda, dan jika

modulus elastisitas menyatakan perbandingan antara tegangan terhadap

regangan shear, maka disebut dengan Modulus Shear yang menunjukkan

hambatan gerakan dari bidang-bidang benda padat yang saling

bergesekan.

Kebanyakan benda adalah elastis sampai ke suatu gaya dengan

besar tertentu, yang biasa disebut sebagai batas elastisitas. Jika gaya

yang diberikan pada benda lebih kecil dari batas elastisnya, benda

akan mampu kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan.

Jika gaya yang diberikan lebih besar dari batas elastisnya, benda

tidak akan kembali ke bentuk semula. Dalm kehidupan sehari – hari,

modulus elastisitas sering digunakan, khususnya pada bidang ilmu

teknik yang mengkaji tentang pembangunan suatu bangunan atau

suatu benda, seperti mesin. Proses pembangunan tersebut berkaitan

secara langsung dengan kekuatan bahan yang digunakan.

2. Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum acara IV Modulus Young adalah.

a. Memahami sifat- sifat elastis benda padat

b. Memahami tegangan dan regangan dari suatu bahan

c. Mengukur Modulus Young suatu bahan

3. Waktu dan tempat praktikum

Praktikum acara IV Kalorimetri dilaksanakan pada hari Selasa 25

Sepember 2012, di Laboratorium Pusat, Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

B. Tinjauan Pustaka

Elastisitas adalah sifat di mana benda kembali pada ukuran dan bentuk

awalnya ketika gaya-gaya yang mendeformasikan (mengubah bentuknya)

dihilangkan. Tegangan (σ) yang dialami di dalam suatu padatan adalah besar

gaya yang bekerja (F), dibagi dengan luas (A) dimana gaya tersebut bekerja:

tegangan = gaya

luas permukaan di mana gaya bekerja

σ = F

A

Satuan SI untuk tegangan adalah pascal (Pa), di mana 1 Pa = 1 N/m2. Jadi, jika

sebuah rotan menahan beban, tegangan pada titik manapun pada rotan adalah

beban dibagi dengan luas penampang melintang pada titik tersebut; area yang

paling sempit mengalami tegangan terbesar. Regangan () adalah deformasi

(perubahan bentuk) bagian akibat tegangan. Regangan diukur sebagai rasio

perubahan dari sejumlah dimensi benda terhadap dimensi awal di mana

perubahan terjadi.

regangan = perubahan dalam dimensi

dimensi awal

Jadi regangan normal pada beban aksial adalah perubahan panjang (∆L)

terhadap panjang awal (L0) : ε = ∆L

L0

Regangan tidak memiliki satuan karena merupakan rasio dari besaran-besaran

yang sama. 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

setlah tegangan tersebut dihilangkan (Bueche, 2006).

Hukum Hook; sifat elastisitas (kenyal) adalah sifat menentang

perubahan bentuk, seperti halnya karet yang diregangkan akan berusaha

kembali ke keadaan semula. Orang yang erutama mempelajari sifat ini adalah

Robert Hook yang kemudian mengemukakan hukumnya yang lalu dikenal

sebagai hokum Hook yang merupakan dasar daripada teori elastisitas

(kekenyalan) (Soedojo, 1986).

Kita kenal 3 macam regangan, yakni regangan panjang, regangan

volum, dan regangan sudut. Regangan panjang; dengan panjang semula

sewaktu tiada regangan, lo, dan penambahan panjang ∆l akibat tegangan,

regangannya diberikan oleh ∆l/ lo , sedangkan jikalau luas penampangnya A

dan gaya tegangan yang meregangkan ialah W, maka tegangannya adalah

W/A, berdasarkan hokum Hook ditulis Y (∆l/ lo) = W / A. Regangan volum;

sudah tenti regangan volum yang dimaksud bukan penambahan volum

melainkan pengerutanvolum akibat penekanan. Untuk itu menurut hukum

Hook dapat ditulis: B (-∆T / V0) = p dengan B ialah modulus ketegaran

(modulus of rigidity) yang besarnya kurang lebih 1/3 modulus Young.

Regangan sudut; sejalan dengan regangan-regangan lain, menurut hukum

Hook, kita dapat menulis M ϕ = F / A. Dengan A ialah luas permukaan yang

dikenai gaya luncuran dan M adalah apa yang dinamakan modulus luncuran

(shear modulus) (Soedojo, 1999).

Thimosuko & Gere (1984) memberikan rumus untuk menghitung

tegangan normal benda uji silinder beton berdiameter 15cm dan tinggi 30cm

dengan rumus

σ = P

A

dengan,

σ = tegangan normal silinder (k N/m2)

P = beban hancur beton dalam keadaan tekan (k N)

A = luas silinder ¼.3,14.d2 dengan d adalah diameter silinder (Prayitno, 2002).

Sifat dasar yang penting berkaitan dengan beton serat adalah kuat tarik

maksimum, regangan maksimum, retak dan perkembangan retak. Menurut

Soepriyono dkk (1974) kekuatan dan serat polyester dalam keasaan basah

sama dengan keadaan kering. Sebuah balok yang mendapat beban berupa

momen lentur murni, maka tiap-tiap serat longitudinal balok mendapat

tegangan berupa tegangan tarik atau tekan. Serat longitudinal yang tidak

menderita tegangan tarik atau tekan disebut garis netral. Bila momen yang

terjadi masih dibawah momen ultimit, maka berlaku hukum Hooke, dimana

tegangan berbanding lurus dengan regangan (σ = E ε) (Mediyanto, 2002).

Ilmu kekuatan bahan adalah kumpulan pengetahuan yang membahas

hubungan antara gaya intern, deformasi, dan beban luar. Dalam metode

analisa umum yang dipergunakan dalam ilmu kekuatan bahan, langkah

pertama ialah memisalkan bahwa bagian konstruksi itu dalam keadaan

seimbang. Persamaan kesaimbangan statis diterapkan terhadap gaya yang

bekerja pada bagian konstruksi dengan gaya gaya intern yang melawan

bekerjanya beban luar. Ini dilakukan dengan membuat sebuah bidang melalui

benda tersebut pada titik tinjauan. Gaya tahan intern biasanya dinyatakan

sebagai tegangan yang bekerja dalam luas tertentu, sehingga gaya intern sama

dengan integral tegangan kali diferensial luas di mana tegangan itu bekerja.

Agar nilai integral ini dapat dihitung, perlu diketahui distribusi tegangan pada

bidang potong. Distribusi tegangan itu ditentukan dengan mengamati dan

mengukur distribusi regangan dalam bidang konstruksi, sebab tegangan tidak

dapat diukur secara fisik. Tetapi, karena tegangan itu sepadan dengan

regangan untuk deformasi kecil, maka penentuan distribusi regangan

memberikan distribusi regangan (Syawaldi, 2006).

C. Alat, Bahan dan Cara Kerja

1. Alat

a. Jarum penunjuk skala

b. Seperangkat bandul atau beban

c. Meteran dan Jangka sorong

d. Jangka ukur

e. Cutter

f. Neraca ohaus

2. Bahan

Kawat tembaga dan besi

3. Cara Kerja

a. Memasang kawat tembaga dengan panjang L dengan salah satu

ujungnya diikat dan ujung lainnya diberi beban atau bandul.

b. Mengukur diameter kawat A dengan menggunakan jangka sorong dan

massa benda yang digantungkan.

c. Mencatat perubahan panjang ∆L pada pergeseran penunjuk jarum.

d. Memberi beban lagi dan mencatat kembali massa benda dan

pergeseran jarum jam tersebut.

e. Mengulangi langkah d dengan memberi beban berturut-turut hingga

terjadi regangan yang besar.

f. Mencatat hasil praktikum dalam sebuah tabel.

DAFTAR PUSTAKA

Bahtiar. 2010. Estimating Young’s Modulus and Modulus of Rupture of Coconut

Logs using Reconstruction Method. Civil Engineering Dimension. Surabaya

Bueche, Frederick J. 2006. Fisika Universitas. Erlangga. Jakarta

Goueffon, Yann. 2010. Investigations into the Coefficient of Thermal Expansion

of Porous Film Prepared on AA7175 T7351 by Anodizing in Sulphuric Acid

Electrolyte. Universite de Toulouse Cedex. France

Mediyanto, Antonius. Perilaku Gabungan Balok Beton yang Diperkuat Dengan

Beton Normal dan Serat Polyster yang Mengalami Kegagalan Lentur.

Universitas Sebelas Maret. Surakarta

Prayitno, Slamet. 2002. Kuat Lentur Balok Beton Bertulang dengan Penambahan

Serat. Universitas Sebelas Maret. Surakarta

Soedojoe, Peter. 1986. Asas-Asas Ilmu Fisika Jilid I. Gadjah Mada University

Press. Jogjakarta

Soedojoe, Peter. 1999. Fisika Dasar. Gadjah Mada University Press. Jogjakarta

Syawaldi. 2006. Analisa Kekuatan Tarik dan Struktur Mikro dari Baja Konstruksi

Bangunan Terhadap Perubahan Temperatur. Teknik Mesin Universitas Islam

Riau. Riau