Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor yaitu massa zat, jenis zat (kalor jenis), perubahan suhu perbandingan banyaknya tenaga kalor (Q) yang dibekalkan kepada sebuah benda untuk menaikkan temperaturnya sebanyak T dinamakan kapasitas kalor (C) dari benda tersebut yakni: Kapasitas kalor per satuan massa sebuah benda yang dinamakan kalor jenis (c) adalah ciri (karakteristik) dari bahan yang membentuk benda tersebut: Kalor jenis adalah jumlah energi yang dipindahkan dari suatu benda atau tubuh ke benda lain akibat dari suatu perbedaan suhu diantara benda atau tubuh tersebut. Kalor dinyatakan dalam satuan energi joule (J) menurut satuan SI. Kalor umunya dinyatakan dalam satuan kalori (kkal), yaitu satu kalori adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 1 gram air sebanyak 1 derajat celcius pada suhu kamar (293 K) Panas jenis air jauh lebih besar dari pada panas jenis zat lain. Sebagai contoh, panas jenis air sepuluh kali lebih besar dari pada panas jenis aluminium. Karena kapasitas panasnya yang sangat besar, air adalah bahan yang baik sekali untuk menyimpan energi termis, seperti misalnya dalam sistem pemanasan solar/matahari. Air juga merupakan pendingin yang baik. Air dalam jumlah banyak, seperti danau atau lautan, cenderung membuat variasi temperatur tidak berlebihan didekatnya karena air dapat menyerap atau melepas energi termis dalam jumlah yang besar sementara mengalami perubahan tenperatur sangat kecil. Karena panas jenis air praktis konstan meliputi jangkauan temperatur yang lebar, panas jenis sebuah benda dengan mudah dapat diukur dengan memanaskan benda sampai suatu temperatur tertentu yang mudah diukur, dengan menempatkanya dalam bejana air yang massa dan temperaturnya diketahui, dan dengan mengukur temperatur kesetimbangan akhir. Jika seluruh sistem terisolasi dari sekitarnya maka panas yang keluar dari benda sama dengan panas yang masuk ke ai dan wadahnya. Prosedur ini dinamakan kalorimetri, dan wadah air yang terisolasi dinamakan kalorimeter (Tipler, 1998).

Benda sendiri tidak selamanya dapat diangap sebagai kaku (rigid) mutlak seperti yang diasumsikan dalam statika. kita ambil kasus paling sederhana dimana sebatang logam dengan luas penampang konstan, dibebani melalui kedua ujungnya dengan sepasang gaya linier dengan arah saling berlawanan yang berimpit pada sumbu longitudinal batang dan bekerja melalui pusat penampang melintang masing-masing. Untuk kesetimbangan statis besarnya gaya-gaya harus sama. Apabila gaya-gaya diarahkan menjauhi batang, maka batang disebut di-tarik; jika gaya-gaya diarahkan pada batang, disebut di-tekan.PTarik

P

P(a)

a

P

a

P PTekan

P

P(b)

Gb. 1-1

Gb. 1-2

kita memperlakukan gaya normal yang bekerja pada suatu unit luasan pada penampang melintang. Intensitas gaya normal per unit luasan disebut tegangan normal dan dinyatakan dalam unit gaya per unit luasan, misalnya lb/in2, atau N/m2. Apabila gaya-gaya dikenakan pada ujung-ujung batang sedemikian sehingga batang dalam kondisi tertarik, maka terjadi suatu tegangan tarik pada batang; jika batang dalam kondisi tertekan maka terjadi tegangan

tekan. Perlu dicatat bahwa garis aksi dari gaya yang bekerja adalah melalui pusat setiap bagian penampang melintang batang. Pembebanan aksial seperti pada Gb. 1-2(a) sering terjadi pada problem rancang bangun kerangka struktur dan mesin. Untuk mensimulasikan pembebanan ini di laboratorium, suatu spesimen tes ditarik pada kedua ujungnya dengan mesin yang digerakkan secara elektrik atau hidrolik. Kedua jenis mesin ini umum dipakai dalam tes bahan di laboratorium. Dalam usaha standardisasi cara pengujian bahan, American Society of Testing Materials (ASTM) telah mengeluarkan spesifikasi yang sekarang telah umum digunakan. Dua diantaranya akan kita jelaskan disini; satu untuk plat logam dengan tebal lebih dari 4.76 mm (Gb. 1-3) dan satu untuk logam dengan diameter lebih dari 38 mm (Gb. 1-4). Seperti terlihat dalam gambar, bagian tengah dari spesimen dibuat lebih kecil daripada bagian ujungnya sehingga kerusakan atau keruntuhan (failure) tidak terjadi pada bagian yang dipegang. Bagian pengecilan dibuat melingkar (rounded) untuk menghindari terjadinya konsentrasi atau mengumpulnya tegangan pada bagian transisi diimensi tersebut. Panjang standar dimana pertambahan panjang (elongation) diukur adalah 203 mm untuk spesimen seperti Gb. 1-3 dan 51 mm untuk spesimen seperti Gb. 1-4. Pertambahan panjang diukur secara mekanik maupun optik (ekstensometer) atau dengan melekatkan suatu tipe tahanan elektrik yang biasa disebut strain gage pada permukaan bahan. Tahanan strain gage berisi sejumlah kawat halus yang dipasang pada arah aksial terhadap batang. Degan pertambahan panjang pada batang maka tahanan listrik kawatkawat akan berubah dan perubahan ini dideteksi pada suatu jembatan Wheatstone dan diinterpretasikan sebagai perpanjangan.203 mm 51 mm

Gb. 1-3 Regangan normal

Gb. 1-4

Kita misalkan suatu spesimen telah ditempatkan pada mesin tes tekan-tarik dan gaya tarikan diberikan secara gradual pada ujung-ujungnya. Perpanjangan pada gage dapat diukur seperti dijelaskan diatas untuk setiap kenaikan tertentu dari beban aksial. Dari nilai-nilai ini, perpanjangan per unit panjang yang biasa disebut regangan normal dan diberi simbol dengan , dapat diperoleh dengan membagi total pertambahan panjang l dengan panjang gage L, yaitu

=

l L

Regangan biasanya dinyatakan meter per meter sehingga secara efektif tidak berdimensi.

Kurva tegangan-regangan Sebagaimana beban aksial yang bertambah bertahap, pertambahan panjang terhadap panjang gage diukur pada setiap pertambahan beban dan ini dilanjukan sampai terjadi kerusakan (fracture) pada spesimen. Dengan mengetahui luas penampang awal spesimen, maka tegangan normal, yang

dinyatakan dengan , dapat diperoleh untuk setiap nilai beban aksial dengan menggunakan hubungan P AU Y B P P

=

P

O

O

O

Gb. 1-5Y

Gb. 1-6

Gb. 1-7

O

1

O

O

Gb. 1-8

Gb. 1-9

dimana P menyatakan beban aksial dalam Newton dan A menyatakan luas penampang awal (m2). Dengan memasangkan pasangan nilai tegangan normal dan regangan normal , data percobaan dapat digambarkan dengan memperlakunan kuantitas-kuantitas ini sebagai absis dan ordinat. Gambar yang diperoleh adalah diagram atau kurva tegangan-regangan. Kurva tegangan-regangan mempunyai bentuk yang berbeda-beda tergantung dari bahannya. Gambar 1-5 adalah kurva tegangan regangan untuk baja karbon-medium, Gb. 1-6 untuk baja campuran, dan Gb. 1-7 untuk baja karbon-tinggi dengan campuran bahan nonferrous. Untuk campuran nonferrous dengan besi kasar diagramnya ditunjukkan pada Gb. 1-8, sementara untuk karet ditunjukkan pada Gb. 1-9. Hukum Hooke Untuk bahan-bahan yang mempunyai kurva tegangan-regangan dengan bentuk seperti Gb. 1-5, 16, dan 1-7, dapat dibuktikan bahwa hubungan tegangan-regangan untuk nilai regangan yang cukup kecil adalah linier. Hubungan linier antara pertambahan panjang dan gaya aksial yang menyebabkannya pertama kali dinyatakan oleh Robert Hooke pada 1678 yang kemudian disebut

Hukum Hooke. Hukum ini menyatakan

= Edimana E menyatakan kemiringan (slope) garis lurus OP pada kurva-kurva Gb. 1-5, 1-6 dan 1-7. Modulus elastisitas Kuantitas E, yaitu rasio unit tegangan terhadap unit regangan, adalah modulus elastisitas bahan, atau, sering disebut Modulus Young. Nilai E untuk berbagai bahan disajikan pada Tabel 1-1. Karena unit regangan merupakan bilangan tanpa dimensi (rasio dua satuan panjang), maka E mempunyai satuan yang sama dengan tegangan yaitu N/m2. Untk banyak bahan-bahan teknik, modulus elastisitas dalam tekanan mendekati sama dengan modulus elastisitas dalam tarikan. Bentuk sederhana hukum Hooke telah diberikan untuk tarikan aksial ketika pembebanan adalah sejajar dengan sumbu batang, biasa disebut pembebanan satu arah, uniaksial. Disini hanya deformasi pada arah pembebanan yang diperhatikan, dan diformulasikan dengan

=

E

Untuk kasus yang lebih umum suatu elemen bahan dikenai tiga tegangan normal yang saling tegaklurus x, y, z, yang masing-masing diikuti dengan regangan x, y, z. Dengan mempertimbangkan komponen-komponen regangan yang terjadi karena kontraksi lateral karena efek Poisson pada regangan langsung maka kita peroleh pernyataan hukum Hooke berikut:1 x ( y + z ) E

x =

[

]

y =

1 y ( x + z ) E

[

]

z =

1 z ( x + y ) E

[

]