PENGUKURAN

PENGUKURAN TENSILE STRENGTH,COMPRESSIVE STRENGTH DAN MODULUS ELASTISITAS BENDA PADATReny Isrois W.(0811130310)*), Mutiqoroh Dwi Hidayati(081113002)*), Antar Hasan Fuhaid(081113004)*), Tanti Crisaningtyas(081113018)*), Indira Wastu Widya(081113020)*), Nurfiatul Afif Diani(081113046)*), Winda Apriliana(081113050)*), Desy Herlinawati(081113052)*), Muhammad Fajjrudin(081113054)*), *)program studi s1 fisika universitas airlanggaDosen Pembimbing :Drs. Djoni Izak R., M.Si

ABSTRAKDalam pemilihan suatu bahan akan diketahui sifat dari bahan itu dengan mengadakan pengujian terhadap bahan yang dipilih. Ada berbagai jenis uji yang digunakan, antara lain yang dilakukan dalam praktikum ini adalah uji tarik (tensile test) dan uji tekan (compression test). Dalam uji tekan, dilakukan dengan menggunakan alat yang dinamakan autograph tipe AG-10 TE Shimadzu. Spesiment diberikan suatu gaya yangakan spesiment tersebut bisa patah. Uji tekan inidiperlukan untuk mengetahui kekuatan suatu material. Uji yang selanjutnya dilakukan yakni uji tarik dengan menggunakan alat yang sama. Bahan uji diletakkan di bagian tengah autograph kemudian ditarik sehingga dapat ditentukan perubahan panjang bahan yang ditarik. Dari hasil percobaan didapatkan tegangan pada pil tablet sebesar , sedangkan pada PVC dapat diketahui hubungan antara stess dan strain, serta nilai modulus elastisitasnya. Grafik hubungan antara stess dan strain menunjukkan adanya regresi sebesar y = 52722x + 542.8. Dari regresi tersebut modulus elastisitas dari PVC adalah

Kata kunci : Autograph, tensile test, compression test

[PENGUKURAN ]20 Nopember 2013

Reny Isrois W_081113010Page 9

I. PENDAHULUANSifat-sifat mekanik zat padat seperti kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan tekan (compressive strength), modulus elastis (modulus young, modulus geser dan modulus bulk), keuletan, ketangguhan, kekerasan dan kekuatan impak merupakan sifat-sifat fisik zat padat yang perlu mendapatkan perhatian bagi para peneliti yang melakukan penelitian tentang rekayasa bahan, karena sifat-sifat tersebut memberikan peranan penting bagi terciptanya suatu bahan yang sesuai dengan yang dikehendaki. Masing-masing benda padat seperti logam, keramik, polimer, semikonduktor, dan superkonduktor masing-masing memiliki sifat-sifat mekanik yang berbeda satu sama lain. Hal inilah yang menyebabkan adanya perbedaan aplikasi bagi bermacam-macam benda padat tersebut diatas. Sebagai contoh, logam memiliki tingkat kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan polimer. Oleh karenanya logam banyak digunakan untuk peralatan yang membutuhkan kekuatan yang besar (alat-alat industri, komponen peralatan transportasi dan lain-lain), sementara polimer banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga.Mengingat pentingnya pengetahuan tentang sifat-sifat mekanik dalam rekayasa bahan maka akan dilakukan pengukuran beberapa sifat-sifat mekanik zat padat dengan menggunakan autograph tipe AG-10 TE Shimadzu. Sifat-sifat mekanik yang akan diukur adalah stress (tegangan), strain (regangan), kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan tekan ( compressive strength) dan modulus elastis.II. DASAR TEORIStress (Tegangan)Stress atau tegangan didefinisikan sebagai perubahan gaya tehadap luas penampang daerah yang dikenai gaya tersebut (Van Vlack, 1991). Dalam satuan internasional, stress memiliki lambang S dan satuan N/m^2. Gaya yang bekerja pada benda menyebabkan terjadinya perubahan ukuran benda. Pengaruh vektor gaya terhadap sumbu x menghasilkan besaran tensile stress dengan lambang _x. Indeks x menyatakan arah vektor gaya. Pengaruh gaya terhadap sumbu y dan sumbu z menghasilkan momen yang disebut besaran shear stress. Untuk sumbu y, shear stress dilambangkan _xy, sedangkan sumbu z dilambangkan _xz.Hubungan antara besaran-besaran tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut: (1) (2) dengan i, j, k adalah vektor satuan untuk masing-masing sumbu.Strain (Regangan)Strain atau regangan didefinisikan sebagai perbandingan perubahan panjang benda terhadap panjang mula-mula akibat suatu gaya dengan arah sejajar perubahan panjang tersebut (Van Vlack, 1991). Dalam satuan internasional, strain memiliki lambang dengan satuan mm/mm atau %. (3)dengan L adalah perubahan panjang benda dan adalah panjang benda mula-mula. Benda padat yang dikenai gaya akan mengalami perubahan ukuran. Jika gayanya berupa gaya tarik maka benda akan memanjang, sebaliknya jika gayanya adalah gaya tekan, maka benda akan memendek. Hal ini terjadi jika ukuran benda dimensi panjangnya jauh lebih besar dari lebarnya. Sementara jika ukuran panjang dan lebar suatu benda hampir sama maka akibat adanya gaya akan mengakibatkan terjadinya regangan geser.Modulus ElastisitasElastisitas didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan. Peristiwa ini disebut juga deformasi elastis. Deformasi elastik terjadi bila logam atau bahan padat dibebani gaya. Bila tegangan tersebut disebabkan oleh gaya tarik maka benda akan bertambah panjang, setelah gaya ditiadakan benda akan kembali ke bentuk semula. Sebaliknya jika tegangan tersebut disebabkan oleh gaya tekan maka akan mengakibatkan benda akan menjadi lebih pendek dari keadaan semula (Van Vlack, 1991).Bila hanya ada deformasi elastik, maka regangan sebanding dengan tegangan. Perbandingan antara tegangan () dengan regangan elastik () disebut modulus elastisitas (modulus Young) yang dapat ditulis sebagai berikut: (4) Persamaan (4) dikenal juga dengan Hukum Hooke. Hukum Hooke berlaku di bawah batas elastik, dimana untuk sebagian besar bahan selama beban atau tegangan tidak melampaui batas elastik, regangan akan sebanding dengan tegangan. Regangan elastik akan sebanding dengan tegangan bila pada bahan/logam hanya terjadi deformasi elastik.Regangan elastik merupakan hasil perpanjangan sel satuan dalam arah tegangan tarik, atau hasil kontraksi dari sel satuan dalam arah tekan. Makin besar gaya tarik menarik antara atom logam, makin tinggi pula modulus elastisitasnya. Modulus elastisitas bersifat anisotropik, yaitu berubah sesuai dengan arah kristal dikenal sebagai anisotropi kristalografi.Pada pembebanan geser, bekerja dua gaya yang sejajar. Tegangan geser adalah gaya dibagi dengan luas bidang geser . (5)Gaya geser menyebabkan adanya pergeseran sudut . Regangan geser didefinisikan sebagai tangen . Perbandingan tegangan geser dengan regangan geser disebut modulus geser G. (6)Modulus geser G disebut juga modulus kekakuan, berbeda dengan modulus elastisitas (modulus Young) E. Untuk regangan kecil berlaku hubungan: (7)v adalah bilangan Poisson yaitu perbandingan negatif antara regangan melintang dengan regangan tarik . Bilangan Poisson v berada antara 0,25 sampai 0,5, maka nilai G mendekati 35% dari E.Modulus elastik yang ketiga adalah modulus Bulk (modulus curah) dinotasikan dengan K. Modulus ini adalah kebalikan dari modulus kompresibilitas , sama dengan perbandingan tekanan hidrostatik dengan kompresi volum (V/V). (8)Antara modulus Bulk K dan modulus elastisitas E terdapat hubungan: (9)Kekuatan tarik (tensile strength) atau kekuatan tekan (compressive strength) menyatakan ukuran besar gaya yang diperlukan untuk mematahkan atau merusak bahan.Diagram antara stress (tegangan) dan strain (regangan) dapat digunakan untuk menentukan sifat mekanik dari suatu bahan. Diagram tersebut menggambarkan perubahan stress terhadap strain bila benda dikenai suatu gaya. Pada titik tertentu akan terjadi deformasi struktur benda yaitu pada titik dengan tanda X. Diagram umum stress terhadap strain suatu material dapat dilihat pada gambar.

Deformasi PlastisHukum Hooke menyatakan bahwa strain berbanding lurus dengan stress dan hukum ini dipenuhi oleh benda padu daerah elastis. Jika bahan ditarik oleh suatu gaya pada daerah elastis, maka benda tersebut akan mengalami perubahan ukuran, kemudian setelah gaya dihilangkan maka benda akan kembali pada keadaan semula.Pada tegangan yang lebih tinggi (melewati batas elastis), terjadi pergeseran tetap atom-atom dalam suatu bahan disamping regangan elastik. Regangan tetap ini tidak mampu kembali pada keadaan semula ketika tegangan ditiadakan. Regangan ini disebut regangan plastis (plastic strain). Pada daerah plastis, ukuran benda tidak dapat kembali seperti semula apabila gaya telah dihilangkan. Grafik stress terhadap strain pada daerah elastis adalah linier sedangkan pada daerah plastis menunjukkan harga maksimum ultimate strength. Harga slope grafik linier dinyatakan sebagai modulus Young. Luas daerah total dari kurva menyatakan harga modulus of toughness, sedangkan luas daerah elastis menyatakan harga modulus of resilence. Modulus of toughness (ketangguhan) didefinisikan sebagai energi total yang diserap oleh benda tiap satu satuan volume hingga terjadi deformasi struktur (patah atau robek). Modulus of resilence didefinisikan sebagai energi yang diserap oleh benda tiap satu satuan volume pada daerah elastis. Kedua besaran ini berpengaruh pada kerja benda yang pada umumnya berada pada daerah elastis.Keuletan (ductility) menyatakan besarnya regangan plastis sampai patah, dapat dinyatakan dengan persentasi perpanjangan (percent elongation). (10)Kekuatan luluh (Yield strength), merupakan ketahanan suatu bahan terhadap deformasi plastis dinyatakan dengan besarnya gaya pada saat luluh dibagi luas penampang.

III. METODOLOGI PENELITIAN Uji Kekuatan Tekan (compression strength)Yang pertama dilakukan memilih bahan (spesiment) yang akan diuji kekuatan tekannya. Mengukur diameter dan tebal bahan yang digunakan. Meletakkan bahan uji pada tempatnya lalu menyalakan power supplay, tombol 1 dan 2 pada autograph dinyalakan. Mengatur jarak maksimum dan kecepatan pembebanan yang rendah. Menurunkan load cell perlahan-lahan sampai bahan uji patah. Kemudian dicatat gaya yang ditunjukkan pada display.Uji Kekuatan Tarik (tensile strength)Menyiapkan bahan sesuai keperluan. Lalu memasang perangkat alat untuk uji tarik. Pilih load cell yang sesuai dengan kekuatan bahan uji A, B, atau C. Metakkan sampel atau bahan uji pada tempatnya. Menyalakan power supply dan diset up. Mengatur jarak maksimum, kecepatan pembebanan, range beban/gaya. Menurunkan load cell perlahan-lahan dengan menekan tombol start (down) hingga menyentuh bahan uji hingga bahan uji patah. Dan terakhir mencatat besar gaya dan perubahan panjang.IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN Compression StrengthData hasil pengamatan yang diperoleh :Gaya : 7,0 kgf = 68,67 NDiameter : 13,1 mmTebal : 5,41 mm Tensile StrengthData hasil pengamatan yang diperoleh :Panjang bahan: 44 mmTebal : 1,42 mmLebar : 10 mmFnGaya (kgF)Gaya (N)L (mm)

F0000

F17,775,5370,14

F216,0156,960,36

F320,0196,200,59

F422,0215,820,99

F522,0215,821,30

F622,0215,821,88

F722,0215,8226,77

ANALISA Compression Strength

Tensile Strength

F(N) (mm) (m2)(kN/m2)

00,0014,2x 10-600

75,5370,1414,2x 10-60,00325319,507

156,960,3614,2x 10-60,008211053,521

196,200,5914,2x 10-60,013413816,901

215,820,9914,2x 10-60,022515198,592

215,821,3014,2x 10-60,029515198,592

215,821,8814,2x 10-60,042715198,592

215,8226,7714,2x 10-60,608415198,592

Modulus elastisitasDengan menggunakan persamaan , dapat diketahui modulus elastisitas dari PVC :(N/m2)(kN/m2)

000

0,00325319,5071662345,951

0,008211053,5211347990,381

0,013413816,9011031112,045

0,022515198,592675492,9577

0,029515198,592515206,4932

0,042715198,592355938,9122

0,608415198,59224981,24844

PEMBAHASANPada eksperimen kali ini bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu bahan dengan menggunakan 2 uji yakni uji tekan (compressivie test) dan uji tarik ( tensile test) dengan menggunakan autograph tipe AG-10 TE Shimadzu.

Stress merupakan perbandingan antara gaya terhadap luas penampang daerah yang dikenai gaya tersebut. Tengangan semacam ini disebut tegangan akibat tarikan, karena kedua potongan batang saling melakukan tarikan satu sama lain. Tegangan ini juga merupakan tegangan normal sebab gaya yang terdistribusi tegak lurus pada luas. Jika arah potongan tersebut dibuat sekehendak, gaya resultan yang dikerjakan terhadap potongan yang satu oleh potongan lainnya dan sebaliknya sama besarnya dan berlawanan arah dengan gaya F di ujung irisan. Tetapi gaya terdisribusi pada bidang yang lebih luas dan arahnya tidak tegak lurus pada bidang. Tengangan bukan besaran vektor, karena itu tidak dapat memberikan arah tertentu. Gaya yang bekerja terhadap potongan benda itu disisi tertentu suatu irisan ada mempunyai arah yang tertentu. Tegangan termaksud salah satu besaran fisika yang disebut tensor. Sehingga untuk mencari stress dengan rumusan : = . Berdasarkan hasil analisa didapatkan nilai tegangannya sebesar Strain atau regangan didefinisikan sebagai perbandingan perubahan panjang benda terhadap panjang mula-mula akibat suatu gaya dengan arah sejajar perubahan panjang tersebut. Rengangan akibat kompresi (desakan) pada batang itu didefinisikan dengan cara yang sama, yaitu sebagai perbandingan berkurangnya panjang terhadap panjang awal. Hal ini terjadi jika ukuran panjangnya jauh lebih besar dari lebarnya. Sementara jika ukuran panjang dan lebar suatu benda hampir sama maka akibat adanya gaya akan mengakibatkan terjadinya regangan geser. Rumus untuk mencari strain adalah : Elastisitas didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan tejadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan. Semakin besar modulus elastik bahan semakin besar pula tegangan yang diperlukan untuk regangan tertentu. Percobaan membuktikan bahwa sampai batas proporsional, tegangan memanjang menimbulkan regangan yang besarnaya sama, tidak perduli apakah tengangan itu akibat tarikan atau akibat kompresi. Karena itu perbandingan tegangan tarik terhadap regangan tarik terhadap rengangan kompresi. Perbandingan ini di sebut regangan elastik () atau modulus young.

Dari grafik tersebut nampak garis biru pada grafik di atas menunjukkan bahwa jika stress terus bertambah maka strain juga akan bertambah. Pada garis biru PVC masih dalam daerah elastis yang mana masih dapat meregang. Sedangkan pada garis merah menunjukkan bahwa logam sudah mengalami daerah plastis. Keadaan dimana suatu bahan sudah tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Pada garis merah menunjukkan bahwa meskipun strain terus bertambah, namun stress tetap atau tidak mengalami perubahan.Dari regresi grafik hubungan antara stress dan strain dapat kita gunakan untuk mengetahui berapa besarnya modulus elastisitas pada PVC. Pada percobaan kali ini, didapat regresi sebesar y = 65034x + 2925. Sehingga modulus elastisitas dari bahan uji dapat ditentukan dengan menurunkan persamaan garis regresi terhadap x :

V. KESIMPULAN1. Dapat diketahui tegangan pada pil tablet sebesar:

2. Grafik hubungan antara stress-strain pada PVC menunjukkan adanya regresi sebesar y = 65034x + 29253. Modulus elastisitas pada PVC adalah VI. DAFTAR PUSTAKA1. Callister, ED. Jr., 1983, Materials Science and Engineriing An Introduction, Mc. Graw Hill, New York.2. Lawrence H. Van Vlack, 1995, Ilmu dan Teknologi Bahan, edisi kelima (penerjemah Sriati Djaprie), Erlangga, Jakarta.