BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses-Proses Produksi Banyak proses dapat dipergunakan untuk menghasilkan sebuah produk yang memeiliki bentuk,ukuran dan memiliki kualitas permukaan tertentu. Menurut Agus Sutanto, proses manufaktur (atau dalam buku ini disebut juga proses produksi) tersebut dapat dibagi atas 8 (delapan) kelompok besar yaitu: 1. Proses pengecoran (Casting processes) 2. Proses pembentukan (Forming processes) 3. Proses pemesinan (Machinning proceses) 4. Proses produksi polimer (Polymer processing) 5. Proses metalurgi serbuk (Powder metalurgy) 6. Proses penggabungan (Joining processes) 7. Proses penyelesaian akhir seperti heat treatment dan surface treatment (Finishing Processes) 8. Proses perakitan (Assembly Processes) Proses Produksi Polymer Polimer atau dikenal sebagai plastik oleh kebanyakan orang adalah material non logam yang terdiri dari molekul-molekul yang menyertakan rangkaian satu atau lebih dari satu unit monomer. Polimer memiliki sifat yang khas dibandingkan material lain yaitu polimer jauh lebih ringan, tahan korosi, cukup kuat, murah dan mudah di bentuk menjadi bentuk komplek. Dengan sifat ini banyak produk dibuat dengan memakai material polimer sebagai subtitusi bahan logam. Tipe polimer secara garis besar dapat dibedakan antara polimer termoplastik, polimer termoset dan polimer elastomer. Polimer termoplastik bersifat lunak dan viskos (viscous) pada saat dipanaskan dan menjadi keras dan kaku (rigid) pada saat di dinginkan secara berulang-ulang. Sedangkan polimer termoset hanya melebur pada saat pertama kali di panaskan dan selanjutnya mengeras secara permanent pada saat didinginkan.polimer jenis elastomer, misalnya karet alam, memiliki daerah elastis non linear yang sangat besar. 5

2 Umumnya produk dengan bahan polimer dibuat dengan menggunakan proses cetak tekan (injection molding), ekstruksi (proses ditekan panas melalui sebuah orifice), Blow molding (diekstruksi membentuk pipa kemudian ditiup di dalam cetakan) ataupun thermoforming (lembaran polimer yang dipanaskan ditekan kedalam suatu cetakan ). 2.2 Komposit Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat baru dan unik dibandingkan dengan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun. Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat. Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah. Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu: 1. Fibrous Composite (Komposit Serat). Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. 2. Laminated Composite (Komposite Laminat). Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri. 3. Particulate Composite (Komposit Partikel). Merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya. 6

3 Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat bahan pembentuknya serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain: 1. Bahan ringan, kuat dan kaku; 2. Struktur dapat berubah mengikuti perubahan keadaan sekitar;dan 3. Unggul dalam sifat sifat bahan teknis yang dibutuhkan, kekuatan yang tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap benturan. Skema struktur komposit diperlihatkan pada Gambar 2.1 sebagai berikut : Komposit Komposit Partikulat Komposit Serat Komposit Struktur Partikel Besar Berlanjut Lapisan Dispersi Tidak Berlanjut Tumpuk Gambar 2.1 Skema Struktur Komposit [4] Ada dua hal yang perlu diperhatikan pada komposit yang diperkuat agar dapat membentuk produk yang efektif, yaitu: a. Komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada komponen matriksnya. b. Harus ada ikatan permukaan yang kuat antara komponen penguat dan matriks. Bila peningkatan kekuatan menjadi tujuan utama, komponen penguat harus mempunyai aspek rasio yang besar, yaitu rasio panjang/diameter harus tinggi, sehingga beban diteruskan melintasi titik perpatahan potensial.jadi, batang baja ditanamkan dalam konstruksi beton. Demikian pula, serat gelas dikombinasikan dengan resin, menghasilkan plastik yang diperkuat serat (RFP ). Jelas bahwa bahan penguat merupakan komponen yang lebih kuat dan memikul beban.selain itu bahan penguat harus memiliki modulus elastisitas yang 7

4 lebih tinggi. Di samping itu, ikatan antara matriks dan bahan penguat sangat kritis, karena biasanya beban diteruskan dari matriks ke serat atau batang. Agar bahan penguat dapat memikul beban, penguat harus memiliki modulus Young yang lebih tinggi daripada matriks. Modulus elastisitas plastik yang diperkuat serat, E FRP dapat dihitung dari fraksi volume rata-rata bila semua serat sejajar dengan arah beban. Tegangan geser setara juga timbul pada permukaan antara serat penguat dan matriks plastik di sekitar nya.pada hal ini tegangan geser ditahan oleh ikatan kimia. Tegangan geser antar permukaan penting diperhatikan bila serat tidak kontinu. Bila serat putus, tegangan secara otomatis mencapai nol pada ujung serat, dan beban dialihkan ke matriks. Transfer berlangsung melalui tegangan geser pada permukaan antara. Tegangan geser pada ujung serat sangat tinggi, dan matriks yang lebih lemah harus memikul beban lebih ini.oleh karena itu, serat yang panjang dan kontinu sangat baik untuk komposit yang harus menanggung beban. Serat halus dalam jumlah banyak lebih baik daripada serat kasar dalam jumlah kecil, karena semakin halus serat semakin luas permukaan antara yang dapat menanggung beban geser dan semakin kecil kemungkinan bahwa serat menyebabkan kecacatan pada matriks. Akhirnya, matriks yang ulet lebih mudah menyesuaikan diri dengan konsentrasi tegangan pada ujung serat dibandingkan dengan matriks rapuh. Karena komposit polimer ringan, bahan ini menarik perhatian ahli desain. Meskipun komposit memiliki kekuatan tarik S u yang lebih rendah daripada logam, rasio kekuatan/kerapatan, S u /ρ, tinggi.namun, fungsi penguat pada beban tarik dan beban tekan berbeda.pada kompresi, rasio modulus elastisitas/kerapatan, E/ρ, merupakan criteria desain yang lebih baik. Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antaraserat dan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik. Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam 8

5 komposit ada dua macam yaitu thermoplastik dan termoset. Termoplastik adalah jenis plastik yang dapat didaur ulang, yaitu jika dipanaskan lagi memiliki sifat plastis sehingga dapat dicetak lagi. Sebaliknya termoset jika dipanaskan akan langsung mengeras dan menjadi arang, sehingga tidak dapat didaur ulang Proses Pembuatan Produk Komposit Matriks Menurut Siswo, bahan polymer memiliki keunggulan daripada bahan logam dan ceramic yakni lebih liat juga lebih murah tetapi juga memiliki kekurangan antara lain kurang kuat, kurang baik terhadap suhu tinggi juga kurang sesuai digunakan untuk menanggung beban tinggi. Oleh sebab itu sifat bahan polymer ini harus diperbaiki lagi. Salah satu metode yang digunakan adalah dengan mencampurkan bahan serat kedalamnya, yaitu dengan menjadikannya komposit. Berbagai macam proses pembuatan produk komposit matriks polymer: 1. Cara Hand Lay-Up Cara ini merupakan metode yang paling mudah dan murah namun lambat dan membutuhkan tenaga kerja yang berpengalaman dan mahir. Prosesnya dilakukan dengan tangan dan peralatan yang sederhana yakni roller dan kuas saja, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2. Bahan yang digunakan serat kaca sebagai tulangan dan poliester resin sebagai matriksnya. Kebanyakan produk yang dihasilkan adalah badan boat, sampan, tangki air, dan sebagainya. Gambar 2.2 Cara Hand Lay Up [12] 2. Cara Semprot/Semburan Semprotan/semburan dilakukan secara serentak dengan campuran serat yang tak beraturan, biasanya serat kaca dan resin keatas permukaan mal menggunakan alat penyemprot (spray gun) dengan tekanan yang sesuai. Roller juga dipergunakan untuk meratakan dan mengeluarkan udara yang terperangkap, seperti diperlihatkan pada Gambar

6 Gambar 2.3 Cara Semprot/Semburan [12] 3. Cara Kantong Vakum (Vacuum Bag) Melalui cara ini cairan komposit resin dan cetakan dimasukan kedalam kantong atau membran yang lentur kemudian bagian dalam kantong dikeluarkan dengan cara divakum, diperlihatkan Gambar 2.4. Gambar 2.4 Cara Kantong Vakum (Vacuum Bag) [12] Ini menyebabkan tekanan atmosfir dari arah luar menekan kantong atau membran secara seragam keatas resin komposit yang basah ini. Tekanan kerja sekitar 383 kpa. 4. Cara Kantong Tekanan (Pressure Bag) Cara kantong tekanan digunakan apabila dibutuhkan tekanan yang lebih besar dari tekanan kantong vakum. Tekanan yang diberikan dari sebelah luar seperti ditampilkan pada Gambar Cara Autoklaf Gambar 2.5 Cara Kantong Tekanan (Pressure Bag) [12] Cara ini dilakukan apabila tekanan kerja melebihi dari kantong bertekanan. 10

7 Tekanan yang diberikan dapat mencapai 1380 kpa, diperlihatkan pada Gambar 2.6 (a) dan (b). Gambar 2.6 (a) dan (b) Cetakan Autoklaf [12] Umumnya produk yang dihasilkan dengan standar aeronautical dipergunakan antara lain untuk komponen struktur pesawat terbang (bagian ekor dan sayap), mobil racing F1 dan raket tenis. 6. Cara Cetakan Suntik (Injection Moulding) Metode suntikan sesuai untuk produksi masal tetapi hanya untuk komponen kecil. Cara ini dapat menghemat tenaga kerja selain juga lingkungan kerja yang bersih dan terjamin keselamatan kerja. Cara ini merupakan penggabungan antara metode suntuk dan juga dibantu dengan alat vakum (Gambar 2.7). produk yang dihasilakn banyak digunakan untuk komponen otomotif dan tempat duduk kereta api. Gambar 2.7 Cara Cetakan Suntikan (Injection Moulding) [12] 7. Cara Pultrusi (Pultrusion) Pultrusi merupakan teknik pemprosesan istimewa yang menggabungkan serat penguat dan resin matriks dalam alat yang sesuai untuk menghasilkan profil penguatan dengan ketahanan membujur yang baik. Serat ditarik keluar melalui rendaman resin juga melalui pewarna yang dipanaskan, seperti diperlihatkan Gambar 2.8. Proses ini merupakan cara yang cepat dan ekonomis dimana kandungan resin dan serat dapat diatur takarannya sesuai dengan yang diinginkan. Sifat struktur juga sangat baik karena profil yang dihasilkan mempunyai serat yang lurus dan pecahan isi paduan serat yang tinggi. Contoh produk yang 11

8 dihasilkan adalah sambungan yang digunakan dalam struktur jembatan, tangga, dan sebagainya. Gambar 2.8 Proses Pultrusi (pultrusion) [12] 2.3 Knalpot Knalpot merupakan alat untuk mereduksi kebisingan pada kendaraan. Knalpot yang dipasang pada kendaraan mempunyai banyak macam dan jenis serta ukuran. Masing masing pabrik knalpot merancang sedemikian rupa bentuk dan modelnya, sehingga sesuai dengan jenis kendaraan dan tipe kendaraan yang dipesan oleh pabrik pemesanannya. 2.4 Material Komposit Penyusun Knalpot Resin Resin dalam penggunaan yang paling spesifik dari istilah adalah sekresi hidrokarbon banyak tanaman, terutama jenis konifera pohon. Resin yang dinilai untuk sifat kimia dan menggunakan terkait, seperti produksi pernis, perekat dan glazing agent makanan. Mereka juga dihargai sebagai sumber penting bahan baku untuk sintesis organik, dan sebagai konstituen dari dupa dan parfum. Resin tanaman memiliki sejarah yang sangat panjang yang didokumentasikan di Yunani kuno oleh Theophrastus, di Roma kuno oleh Pliny the Elder, dan terutama dalam resin yang dikenal sebagai kemenyan dan mur, dihargai di Mesir kuno. Zat ini yang sangat berharga, dan diperlukan sebagai dupa dalam beberapa ritual keagamaan. Amber adalah resin fosil keras dari pohon-pohon tua. Polyester resin BQTN 157-EX merupakan material polimer kondensat yang dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok polyol, yang merupakan 12

9 organik gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah asam phthalic dan asam maleic adapun jenis polyester resin yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.9. Gambar 2.9 Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang berjenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukan. Struktur bahan yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan impak. Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang dimiliki bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang saling mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan data karakteristik mekanik bahan polyester resin tak jenuh seperti terlihat pada Tabel 2.1 [6]. Sifat mekanik Satuan Besaran Berat Jenis (ρ) Mg.m -3 1,2 s/d 1,5 Modulus Young ( E) GPa. 2 s/d 4,5 Kekuatan Tarik (σ T ) (MPa) 40 s/d 90 Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh. 13

10 Umumnya resin thermosetting digunakan yang berpolimerisasi dengan mencampur dengan bahan pengawet (katalis polimerisasi) pada suhu kamar dan tekanan normal. Resin yang ditunjuk oleh analogi dengan resin tanaman, tetapi monomer sintetis untuk membuat plastik polimer. Yang disebut resin sintetis yang digunakan meliputi resin polystyrene, resin poliuretan, resin epoxy, polyester resin tak jenuh, resin akrilik dan resin silikon. Metode yang paling sederhana dalam pembentukan komposit polyester resin tak jenuh adalah gravity casting di mana resin dituangkan ke dalam cetakan dan terbentuk ke dalam semua bagian oleh gravitasi. Bila dua bagian resin dicampur, gelembung udara cenderung terjadi di dalam cairan,hal tersebut dapat dihilangkan dalam ruang vakum. Casting juga bisa dilakukan di ruang vakum (bila menggunakan cetakan terbuka) untuk menghindari terbentuknya gelembung, atau dalam panci tekanan. Penekanan pada cetakan dan/atau gaya sentrifugal dapat digunakan untuk membantu mendorong cairan resin ke dalam semua bagian dari cetakan. Cetakan juga dapat digetarkan untuk mengusir gelembung. Resincasting adalah metode pengecoran plastik di mana cetakan diisi dengan resin sintetik cair, yang kemudian mengeras. Bahan dan metode ini banyak digunakan untuk membuat prototipe industry, produksi mainan, model, dan action figure, serta produksi perhiasan skala kecil. Resin sintetis untuk proses tersebut adalah monomer untuk membuat polimer thermosetting plastik. Selama proses pengaturan, monomer berpolimerisasi cair ke dalam polimer, sehingga mengeras menjadi solid Serat Batang Sawit Menurut Rahmadhani, kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq) yaitu merupakan tumbuhan dari ordo : Palmales, family : Palmaceae, sub family : Cocoideae. Tumbuhan ini termasuk tumbuhan monokotil dengan ciri-ciri tidak memiliki kambium, pertumbuhan sekunder, lingkaran tahun, sel jari-jari, kayu awal, kayu akhir, cabang, mata kayu. Pertumbuhan dan pertambahan diameter batang berasal dari pembelahan secara keseluruhan dan pembebasan sel pada jaringan dasar parenkim serta pembesaran serat dari berkas pembuluh. Batang terdiri dari serat dan parenkim. Pohon kelapa sawit produktif sampai umur 25 14

11 tahun, ketinggian 9-12 meter dan diameter cm yang di ukur pada ketinggian 1,5 meter dari permukaan tanah. Jika tanaman telah mencapai dari 12 meter sudah sulit untuk dipanen, maka pada umumnya tanaman di atas 25 tahun sudah diremajakan. Batang kelapa sawit memiliki jaringan parenkim dan serat. Dewasa ini, pemanfaatan limbah batang kelapa sawit banyak digunakan orang khususnya mahasiswa untuk penelitian material sebagai pengisi atau penguat matriks dalam pembentukan komposit. Komponen-komponen yang terkandung dalam kayu kelapa sawit adalah selulosa, lignin, parenkim, air, dan abu dan pati [13]. Kandungan parenkim dan air meningkat sesuai dengan ketinggiannya. Tingginya kadar air menyebabkan kestabilan dimensi batang kelapa sawit rendah. Parenkim pada bagian atas pohon mengandung pati hingga 40 % ini menyebabkan sifat fisik dan mekanik batang kelapa sawit juga rendah, yaitu mudah patah, retak dan mudah diserang rayap [13]. Kerapatan kayu batang kelapa sawit berkisar dari 0,2 g/ml sampai 0,6 g/ml dengan kerapatan rata-rata 0,37 g/ml. Persentase kandungan dari kayu kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 2.2 Tabel 2.2 Persentase Komponen-Komponen Kayu Kelapa Sawit Komponen Kandungan % Air Abu SiO2 Lignin Hemiselulosa a-selulosa Pentosa *Sumber data: Rahmadhani Banurea (2011) 12,5 2,25 0,48 17,22 16,81 30,77 20,05 Nilai modulus elastisitas batang berkisar antara 19273, ,1 kg/cm 2 dengan rata-rata sebesar 29704,4 kg/cm 2. nilai kekuatan tarik sejajar serat batang berkisar antara 104,8-344,6 kg/cm 2 dengan rata-rata sebesar 177,6 kg/cm 2. nilai kekuatan tekan sejajar serat berkisar antara 38,8-141,8 kg/cm2 dengan rata-rata sebesar 61,1 kg/cm 2.[11] 15

12 2.4.3 Katalis Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat proses reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir.jenis katalis yang digunakan adalah jenis Methyl Ethyl Keton Peroksida (MEKPO), seperti diperlihatkan pada Gambar Gambar 2.10 Katalis Mekpo 2.5 Pengujian Komposit Uji Impak Jatuh Bebas Uji standard yang dikenal saat ini diadopsi dari: SNI (Standar Nasional Indonesia) (Indonesia); JIS (Japanese Industrial Standard) T (Jepang); ANSI (American National Standards Institute) Z (Amerika), dimana menggunakan test rig jatuh bebas yang dalam penelitian ini digunakan alat uji impak jatuh bebas. Gambar 2.11 Alat Uji Jatuh Bebas 16

13 2.5.2 Gerak Jatuh Bebas Benda jatuh tanpa kecepatan awal (v o = nol). Semakin ke bawah gerak benda semakin cepat.percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi (a = g) (besar g = 9,8 ms -2 dan sering dibulatkan menjadi 10 ms -2 ). Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif lebih kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama dan jika sebuah benda tersebut ditembakkan keatas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dengan perlambatan kebawahnya seragam. Menurut Khurmi R.S, untuk menentukan kecepatan benda jatuh bebas setiap detik akan diperoleh pendekatan seperti yang terlihat pada Tabel 2.3. Tabel 2.3. Waktu dan kecepatan benda jatuh Waktu t (s) Kecepatan v (m/s) 0 9,8 19,6 29,4 39,2 49 Dari data Tabel 2.3 dapat digambarkan sebuah grafik hubungan antara kecepatan dan waktu yang juga merupakan sebuah persamaan garis lurus seperti pada Gambar Jadi percepatan seragam dapat diperoleh dengan persamaan (2.1). v v m v 9, 8...(2.1) t 5 s 17

14 Kecepatan v (m/s) Waktu t (s) Grafik v - t Pers. Garis Lurus Gambar 2.12 Grafik hubungan v t Jika hambatan udara diabaikan maka gerak benda jatuh bebas tersebut dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas melalui sebuah garis lurus, sehingga percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g. Untuk gerakan ke bawah nilai percepatan identik dengan nilai positif dari gravitasi (+ g; yang berarti percepatan), dan untuk gerakan ke atas nilai percepatan identik dengan nilai positif dari gravitasi (-g; yang berarti perlambatan) Gerak Lurus Perpindahan adalah sebuah perubahan kedudukan ini merupakan besaran vektor yang memiliki jarak dan arah.percepatan dapat didefinisikan sebagai laju perubahan kedudukan terhadap waktu. Ini juga merupakan besaran vektor yang memiliki jarak, arah, dan waktu. Percepatan seragam yang dimiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut walaupun kecilnya perubahan waktu. Satuan perpindahan dapat diukur dengan meter (m), dan kecepatan dapat diukur dalam meter /detik (ms -2 ), sedangkan percepatan diukur dalam meter/detik kuadrat (ms -2 ) Persamaan gerak lurus percepatan seragam dapat dijelaskan pada Gambar s v. t... (2.2) 18

15 Gambar 2.13 Diagram kecepatan waktu Perpindahan digambarkan dengan luas daerah dibawah grafik kecepatan waktu. v a ; t v v v 0 ; v v 0 at t...(2.3) Dengan mensubstitusikan v0 at kedalam persamaan s 1 v v t maka diperoleh jarak perpindahan sebesar s v. t 1 at mensubstitusikan waktu 2 0..Dengan v v kedalam persamaan s v v t. a 1 2, 0 t 0 diperoleh rumus kecepatan v 2 = v o 2 + 2as. Jika v o = 0, maka v 2 = 2.as, sehingga persamaan menjadi: V 2as...(2.4) Untuk kasus jatuh bebas maka a = g dan s = h, sehingga besarnya kecepatan diperoleh dengan persamaan (2.5). Dimana: V 2g. h... (2.5) v = kecepatan benda jatuh bebas, (m/s). g = gaya grafitasi, (m/s 2 ). h = ketinggian jatuh benda, ( m) Momentum dan Impuls Momentum dan Impuls adalah sebagai satu kesatuan karena momentum dan Impuls dua besaran yang setara. Dua besaran dikatakan setara seperti 19

16 momentum dan Impuls bila memiliki satuan Sistem Internasional(SI) sama atau juga dimensi sama seperti terlihat pada Gambar Gambar 2.14 Hubungan Momentum dan Impuls Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan dengan hasil kali massa dengan kecepatan benda tersebut. Hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan (2.6). Dimana: M = momentum, (kg.m/s). m = massa, (kg). v = kecepatan, (ms -2 ). M m. v... (2.6) Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu yang diperlukan, ini dapat dinyatakan dalam persamaan (2.7). Dimana: I = impuls F = gaya (N) t = waktu (s) I F. t...(2.7) Gaya dan Energi Impak Gaya impak dapat diperoleh dengan mensubstitusi persamaan (2.6) dengan persamaan (2.7), sehingga besar nilai gaya dapat dinyatakan dengan persamaan (2.8). 20

17 m. v F...(2.8) t Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha/kerja. Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Salah satu bentuk energi mekanik adalah energi kinetik dan energi potensial.energi kinetik (E k ) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan gerakan benda. Nilai energi kinetik dapat dihitung dari pergerakan awal benda dari kecepatan awal (v o ) ke kecepatan perubahan benda (v 1 ), yang ditentukan dengan persamaan (2.9). Dimana: E k m v E k m. v...(2.9) = energi kinetik (joule). = massa benda (kg). = kecepatan benda (m/s). Energi potensial (E p ) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan kedudukan (ketinggian).besarnya energi potensial dapat dihitung dengan persamaan (2.10). E p m. g. H...(2.10) Dimana: E p = energi potensial (joule). m = massa benda (kg). g = gaya gravitasi benda (m/s 2 ). H = kedudukan/ketinggian benda (m) Tegangan Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi tegangan adalah suatu ukuran intensitas pembebanan yang dinyatakan oleh gaya dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacammacam sesuai dengan pembebanan yang diberikan. Komponen tegangan pada 21

18 sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat bekerjanya gaya disebut tegangan langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban tekan akan terjadi tegangan tekan. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi.besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah.makin besar tegangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus tegangan seperti terlihat pada persamaan (2.11)....(2.11) Dimana: σ = Tegangan (N/m 2 ) F = gaya (Newton) A o = luas penampang awal (m 2 ) Regangan Regangan adalah suatu bentuk tanpa dimensi untuk menyatakan perubahan bentuk.biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi.besarnya regangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar regangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk, maka rumus regangan dapat dilihat pada persamaan (2.12). ε =...(2.12) Dimana: ε= Regangan L 0 = panjang mula-mula (mm) ΔL = Perubahan panjang yang terjadi (mm) L 1 =panjang Akhir (mm) 22