mektek modul 1 (dasar dan aplikasi mekanika)

Download MEKTEK Modul 1 (Dasar Dan Aplikasi Mekanika)

Post on 06-Jul-2018

237 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 8/17/2019 MEKTEK Modul 1 (Dasar Dan Aplikasi Mekanika)

    1/16

      MODUL 1. DASAR DAN APLIKASI MEKANIKA 

    MODUL AJAR MEKANIKA TEKNIK 5

    MODUL 1

    Dasar dan Aplikasi Mekanika

    1.1. Sub Kompetensi

    Kemampuan yang akan dimiliki oleh mahasiswa setelah memahami isi

    modul ini adalah sebagai berikut :

    -  Mahasiswa dapat memahami prinsip dasar mekanika dan

    kontribusi bidang mekanika dalam kehidupan sehari-hari.

    1.2. Uraian Materi

    1.2.1.  Prinsip Dasar Mekanika

    Sebelum mempelajari lebih jauh tentang mekanika teknik (engineering

    mechanics), maka perlu dipahami dengan benar definisi dari mekanika

    teknik itu sendiri. Mekanika berasal dari kata mechanics; yaitu cabang

    ilmu Fisika yang mempelajari perilaku suatu benda akibat terkena gaya.

     Apakah benda tersebut dalam keadaan diam ataupun bergerak. Oleh

    sebab itu salah satu syarat yang harus dimiliki agar berhasil baik dalam

    mempelajari Mekanika Teknik adalah memiliki pemahaman yang baik

    tentang ilmu Fisika.

    Mekanika sendiri mempunyai 3 (tiga) cabang, seperti yang dapat dilihat

    pada diagram pada Gambar 1.1. Rigid body mechanics (RBM) merupakan

    ilmu mekanika yang mempelajari perilaku benda tegar (rigid body). RBM sendiri dibagi menjadi statika (static) dan dinamika (dynamic). Statika

    mempelajari perilaku benda tegar pada keadaaan diam atau bergerak

    secara konstan, sedangkan dinamika mempelajari perilaku benda tegar

    yang bergerak dipercepat atau mengalami percepatan. RBM digunakan

    sebagai dasar mendesain dan menganalisa berbagai macam

    struktur/bagian struktur, komponen mekanik dan elektrik, dan lain-lain.

    Sedangkan deformable body mechanics  (DBM) mempelajari perilaku

  • 8/17/2019 MEKTEK Modul 1 (Dasar Dan Aplikasi Mekanika)

    2/16

    MODUL 1. DASAR DAN APLIKASI MEKANIKA 

    6 MODUL AJAR MEKANIKA TEKNIK

    benda yang terdeformasi dan  fluid mechanic  (FM) merupakan bagian

    ilmu mekanika yang mempelajari perilaku zat cair.

    Gambar 1.1. Cabang-cabang Mekanika

    MODUL INI HANYA MEMBAHAS STATIKA BENDA TEGAR

    Langkah awal yang harus dilalui dalam mempelajari Mekanika Teknik

    adalah dengan memahami konsep-konsep dasar mekanika. Konsep-

    konsep dasar tersebut meliputi :

    •  4 (empat) besaran dasar;

    •  Idealisasi atau pemodelan;

    •  Hukum Newton 1 , 2 dan 3;

    •  Hukum Newton tentang gaya gravitasi;

    •  

    Berat (weight).

    1.2.2.  4 (empat) Besaran Dasar

    4 (empat) besaran dasar yang harus dipahami dengan benar adalah :

    panjang (length), waktu (time), massa (mass) dan gaya ( force).

    Panjang (length) digunakan untuk mengetahui posisi suatu titik dalam

    suatu ruang, dan dapat digunakan untuk mengukur jarak suatu benda.

    MEKANIKA MECHANICS 

    Mekanika Benda

    Tegar

    Rigid Body Mechanics

    Mekanika Benda

    Terdeformasi

    Deformable Body

    Mekanika Fluida

    Fluid Mechanics

    Statika

    Static

    Dinamika

    Dynamic

  • 8/17/2019 MEKTEK Modul 1 (Dasar Dan Aplikasi Mekanika)

    3/16

      MODUL 1. DASAR DAN APLIKASI MEKANIKA 

    MODUL AJAR MEKANIKA TEKNIK 7

    Waktu (time) dipahami sebagai urutan suatu kejadian-kejadian. Besaran

    waktu ini akan menjadi penting untuk dipahami ketika membahas

    dinamika (dynamic). Sedangkan pada bahasan statika (static) tidak

    mempertimbangkan waktu. Massa (mass) adalah suatu ukuran

    kuantitas dari suatu zat yang digunakan untuk membandingkan aksi

    suatu benda terhadap benda lain. Sedangkan gaya ( force) diketahui

    sebagai “dorongan”  atau “tarikan”  yang dilakukan oleh suatu benda

    terhadap benda lain. Interaksi tersebut bisa terjadi ketika terdapat

    kontak langsung antara keduanya. Contoh ketika seseorang mendorong

    suatu dinding. Atau bisa pula terjadi meskipun secara fisik terdapat

     jarak antara kedua benda tersebut. Misal gaya gravitasi dan gaya

    maknetik.

    1.2.3.  Idealisasi

    Idealisasi (idealization) atau biasa disebut pula dengan pemodelan

    (modelling ). Fungsi dari idealisasi atau pemodelan ini adalah untuk

    menyederhanakan aplikasi suatu teori. Terdapat 3 (tiga) macam

    pemodelan yang digunakan dalam mempelajari Mekanika Teknik, yaitu :

    •  Partikel ( particles).

    Partikel mempunyai massa, tetapi ukuran massanya bisa

    diabaikan. Contoh ketika kita mempelajari gerakan suatu orbit.

    Karena ukuran bumi sangat kecil dibanding dengan ukuran orbit,

    maka ukuran bumi menjadi tidak siknifikan. Sehingga bumi bisa

    DIMODELKAN sebagai suatu PARTIKEL. Jika suatu benda dimodelkan sebagai suatu partikel, maka analisa mekanik menjadi

    lebih sederhana.

  • 8/17/2019 MEKTEK Modul 1 (Dasar Dan Aplikasi Mekanika)

    4/16

    MODUL 1. DASAR DAN APLIKASI MEKANIKA 

    8 MODUL AJAR MEKANIKA TEKNIK

    Gambar 1.2. Contoh Pemodelan

    Pada Gambar 1.2 di atas dapat dilihat bagaimana suatu sistem

    mekanis disederhanakan (dimodelkan) menjadi suatu partikel.

    Pada sistem tersebut bekerja 3 (tiga) buah gaya; berat mobil, gaya

    tarik pada tali AB, dan gaya tarik pada tali AC. Ke-tiga gaya

    tersebut bertemu pada satu titik (A), yang berupa hook. Sehingga

    hook  (titik A) tersebut bisa direpresentasikan sebagai sebuah

    partikel.

    •  Benda tegar (rigid body).

    Merupakan kombinasi banyak partikel dimana posisi satu partikel

    dengan partikel lain tetap (tidak berubah) baik sebelum atau

    sesudah terkena beban. Pada benda yang tegar (rigid) sifat

    material tidak akan diperhitungkan dalam mempelajari pengaruh

    gaya yang bekerja pada benda tersebut.

    •  Gaya terpusat (concentrated force).

    Gaya terpusat menggambarkan pengaruh dari suatu pembebanan

    yang diasumsikan bekerja pada sebuah titik yang terdapat pada

    suatu benda. Luasan dimana beban bekerja menjadi sangat kecil

     jika dibanding dengan ukuran benda. Contohnya dapat dilihat

    pada Gambar 1.3 yang menunjukkan kontak gaya antara roda dan

    rel.

  • 8/17/2019 MEKTEK Modul 1 (Dasar Dan Aplikasi Mekanika)

    5/16

      MODUL 1. DASAR DAN APLIKASI MEKANIKA 

    MODUL AJAR MEKANIKA TEKNIK 9

    Gambar 1.3. Gaya Terpusat

    1.2.4.  Hukum Newton

    Hukum Newton yang harus dipahami dengan benar dalam mempelajari

    ilmu Mekanika Teknik adalah hukum Newton tentang hubungan gaya

    dan gerak benda, dan hukum Newton tentang percepatan. Hukum

    Newton yang mempelajari hubungan gaya dan gerak benda meliputi

    hukum Newton ke-1, ke-2 dan ke-3.

     Hukum Newton ke-1

    Sebuah partikel yang diam (atau bergerak lurus dengan kecepatan

    konstan), akan tetap pada kondisi demikian sampai terdapat gaya

    (unbalanced force) yang menyebabkan partikel tersebut bergerak atau

    berubah kecepatannya. Jadi karena besarnya resultan gaya menurut

    hukum Newton ke-1 ini sama dengan 0 (nol), maka menyebabkan

    besarnya kecepatan yang dihasilkan adalah konstan. Gambaran dari

    kondisi kesetimbangan (equilibrium) ini dapat dilihat pada Gambar 1.4.

    ∑  = 0  (1.1)

      = 0 

    (1.2)

  • 8/17/2019 MEKTEK Modul 1 (Dasar Dan Aplikasi Mekanika)

    6/16

    MODUL 1. DASAR DAN APLIKASI MEKANIKA 

    10 MODUL AJAR MEKANIKA TEKNIK

    Gambar 1.4. Kesetimbangan

     Hukum Newton ke-2

    Jika pada suatu partikel (benda) bekerja gaya (unbalanced force = F ),

    maka benda tersebut mengalami percepatan a; dengan arah yang sama dengan arah F , dan besarnya berbanding lurus dengan F  (Gambar 1.5).

    Gambar 1.5. Gerak dipercepat

    Secara matematis, hubungan antara gaya F , percepatan dan benda dapat

    dilihat pada Persamaan 1.3.

     =    (1.3)

     Hukum Newton ke-3

    Gaya aksi dan reaksi antara dua benda (partikel) besarnya sama,

    berlawanan arah dan segaris (collinear). Gambaran gaya aksi dan reaksi

    tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.6.

    Gambar 1.7. Aksi-reaksi antara 2 (dua) benda

  • 8/17/2019 MEKTEK Modul 1 (Dasar Dan Aplikasi Mekanika)

    7/16

      MODUL 1. DASAR DAN APLIKASI MEKANIKA 

    MODUL AJAR MEKANIKA TEKNIK 11

     Hukum Newton tentang gaya tarik menarik

    Setelah selesai memformulasikan (tiga) hukum tentang gerakan, Newton

    kemudian mengeluarkan hukum tentang gaya tarik menarik antara 2

    (dua) partikel, yang diformulasikan sebagai berikut :

     =     (1.4)

    Dimana :

    F   = gaya tarik menarik antara 2 partikel;

    G  = konstanta gravitasi

    = 66.73(10-12) m3/(kg.s2)

    m1, m2   = masa masing-masing partikel

    r  = jarak antar partikel

    1.2.5.  Berat (W)

    Pada Persamaan 1.4 digambarkan adanya gaya tarik menarik antara 2

    (dua) partikel atau benda. Tetapi untuk kasus suatu partikel yang

    diletakkan di permukaan bumi (atau dekat dengan permukaan bumi),

    maka hanya gaya gravitasi yang terdapat diantara bumi dan partikel

    tersebut. Gaya inilah yang kemudian disebut dengan berat (weight). Dan

    gaya gravitasi inilah yang akan selalu dipertimbangkan dalam

    mempelajari Mekanika Teknik.

     =    (1.5)

    Dari Persamaan 1.5 di atas, maka perlu dipahami adanya perbedaaan

    antara be