BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. Uji standard yang kita kenal saat ini diadopsi dari: SNI

Transkripsi

1 BAB TINJAUAN PUSTAKA Uji standard yang kita kenal saat ini diadpsi dari: SNI (Indnesia); JIS T (Jepang); ANSI Z (USA), dimana menggunakan test rig jatuh bebas yang dalam penelitian ini akan digunakan alat uji impak jatuh bebas, (Gambar.1.). Helm, sebagai subyek penelitian, yang akan diuji adalah helm nn-standard yang dibeli langsung di tk helm ini dipilih karena ternyata masih banyak dipakai pengendara sepeda mtr di Medan. Dengan uji impak standard banyak tidak lls uji, artinya helm ini tidak mampu menyerap beban impak dengan baik dan tidak mampu menahan penetrasi yang baik..1. Gerak Jatuh Bebas Sebuah benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif 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 berkurang dengan haraga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan ke atasnya seragam.

2 Menurut R.S. Khurmi, untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan diperleh harga pendekatan seperti terlihat pada tabel.1. Tabel.1. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh Waktu t (s) Kecepatan v (m/s) ,8 19,6 9,4 39, 49 Kecepatan v (m/s) Gambar.1 Grafik Hubungan v - t Grafik v t yang sesuai dengan tabel tersebut di atas ditunjukkan pada gambar.1. merupakan sebuah garis lurus sehingga percepatan seragam dan sama dengan: v - v 49-0 = = 9,8 (m/s )... (.1) t 5 Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan diganti dengan percepatan grafitasi g, yaitu: Waktu t (s)

3 1. Untuk gerakan ke bawah a = + g (percepatan). Untuk gerakan ke atas a = - g (perlambatan) Percepatan gravitasi g dapat dipandang sebagai sebuah vektr dengan arah menuju ke pusat bumi dengan demikian tegak ke bawah. Perpindahan adalah perubahan kedudukan. Hal ini merupakan besaran vektr mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektr mencakup jarak, arah dan waktu. Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan knstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Satuan: Perpindahan diukur dalam meter [m]; kecepatan diukur dalam meter per detik [m/s]: percepatan percepatan diukur dalam meter per detik kwadrat [m/s ]. Persamaan gerakan lurus percepatan seragam. Katakan V 0 kecepatan awal, v kecepatan akhir, a percepatan, t waktu dan s perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu ½ (v 0 + v) = s/t s = ½ (v0 + v) t... (.)

4 Perpindahan digambarkan dengan luas daerah di bawah garafik kecepatan waktu: v = a t v v = v 0 + t v = v0 + at t Penggantian (v 0 + at) untuk v didalam persamaan (..), 1 s = v 0 t + at Penggatian (v v 0 )/a untuk t didalam persamaam (..), Bila V = 0,maka : v = 0 + as 0 v = v + as v = as bila a = g dan s = H maka: v = gh... (.3) Percepatan sebuah benda jatuh bebas tergantung pada jarak (tinggi) benda kerja dari pusat bumi. Bagaimanapun, ketika sebuah benda cukup padat jatuh dengan kecepatan sedang, bleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam. Untuk maksud umum para ilmuan mengambil harga percepatan gravitasi g = 9,81 [m/s ].. Hukum Gerakan..1. Mmentum dan Impuls Mmentum sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai mmentum yang dinyatakan dengan hasil kali massa benda dengan kecepatan benda. Mmentum = massa x kecepatan.

5 M = m v ( kg. m/s)... (.4) Impuls sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai impuls yang dinyatakan dengan hasil kali gaya yang bekerja pada benda dengan waktu yang diberikan. Impuls = gaya x waktu I = F t... (.5)... Hukum Gerakan Newtn. Hukum gerakan pertama: Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nl, maka benda yang mula - mula diam akan tetap diam dan benda yang mula - mula bergerak akan tetap bergerak lurus beraturan. Secara sistematis dirumuskan: Jika ΣF = 0, maka ψ = 0 atau ψ = knstan... (.6) Hukum gerakan kedua: Percepatan yang ditimbulkan leh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa benda. Secara sistematis dirumuskan: F a = atau ΣF = m a... (.7) m Hukum gerakan ketiga: Jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua pun akan mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sam tetapi arahnya berlawanan.

6 Secara sistematis dirumuskan: F 1 = -F... (.8)..3. Energi Mekanik Energi mekanik pada suatu benda adalah tetap asalkan tidak ada gaya luar yangbekerja pada benda tersebut. Energi mekanik terdiri atas energi ptensial dan energi kinetik. Energi ptensial merupakan energi yang dimiliki benda karena letaknya. Secara sitematis dirumuskan: E p = m g h, dimana: E p = energi ptensial (J), m = massa benda (kg) g = gravitasi bumi (9.8 m/s), h = tinggi jatuh benda (m) Energi kinetik merupakan energi yang dimilik benda karena gerak yang bekerja padanya. Secara sistematis dirumuskan: E k = ½ m ψ, dimana: E k = energi kinetik, ψ = kecepatan benda (m/s).3. Pengukuran Kekuatan Helmet.3.1. Uji Jatuh Bebas Selama ini helm diuji menggunakan prsedur pengujian standard menggunakan test rig dengan teknik jatuh bebas. Pengujian standard ini bertujuan untuk melihat sejauh mana kemampuan helm dalam menyerap energi impak. Selain itu uji standard

7 juga bertujuan meneliti keparahan rusak helm yang memungkinkan merusak lapisan kulit kepala lewat penetrasi. Memakai uji standard yang ada, baik memakai standard Jepang JIS maupun Standard Nasinal Indnesia (SNI) striker hanya dijatuhkan dari ketinggian H= s.d. 3 meter, dengan demikian kecepatan striker hanya lebih kurang, v = gh =6.3 m/detik dan masih terglng kecepatan impak rendah..3.. Uji Impak Kecepatan Tinggi Uji impak kecepatan tinggi dapat memberikan gambaran terhadap kenyataan di lapangan dimana benturan pada saat terjadinya insiden dengan kecepatan yang tinggi, maka dipakai suatu alat seperti uji KOMPAK yang mampu meluncurkan striker dengan kecepatan yang bervaria`si dan dapat mencapai ± 50 m/detik..4. Teknik Prpagasi Tegangan Aplikasi teknik prpagasi tegangan untuk mengukur kekuatan material pertama sekali dikembangkan leh Klsky, 1949, yang menemukan suatu cara pengukuran kekuatan tekan material menggunakan prinsip prpagasi tegangan dalam batang satu dimensi. Hasilnya sangat mengagumkan karena dengan teknik itu persamaan knstitutif kmpresi dapat diperleh sampai pada laju pembebanan melebihi 10 4 s -1. Pemakaian metda Klsky untuk mendapatkan sifat mekanik berbagai bahan telah dilaprkan leh beberapa peneliti lain. Teknik prpagasi tegangan juga telah dikembangkan untuk material getas (brittle), (Syam, B, et.al., 1996 dan 1998) dan (Daimaruya, et.al., 1995 dan 1996),

8 membuat mdifikasi batang Klsky dan mengadpsi teknik prpagasi tegangan dalam batang untuk menghitung kekuatan tarik impak berbagai material getas Rambatan Gelmbang Pada Batang Gelmbang tegangan adalah gelmbang mekanis, yaitu gelmbang yang memerlukan suatu medium untuk dapat mentransmisikannya. Kecepatan rambat sebuah gelmbang sangat ditentukan leh sifat-sifat medium yang dilaluinya. Gelmbang dibagi atas bagian, yaitu: (1) gelmbang transversal, dan () gelmbang lngitudinal. Gelmbang lngitudinal digunakan sebagai knsep dasar pembahasan teri kekuatan tarik impak. Untuk membahas perilaku gelmbang lngitudinal pada sebuah batang lgam, dapat dilihat pada Gambar.. (Syam B., 000). Gaya impak diberikan pada ujung kiri batang, yang mengakibatkan batang bergerak ke kanan dengan kecepatan C 1, pada waktu t. C V,t Cl,t Gambar.. Rambatan Gelmbang Keseimbangan mmentum pada Gambar.. berupa : mv = F t mv = F ( A C t ρ ) V = A t l t = ρ C V... (.9) l

9 dimana: C V l = Kecepatan gelmbang lngitudinal merambat pada batang = Kecepatan partikel = Tegangan pada batang. Mdulus elastisitas suatu bahan dapat dinyatakan dengan persamaan: E = C l ρ E C l =... (.10) ρ Subtitusi Persamaan (3.) ke Persamaan (3.1) akan diperleh:.4.. Impak Pada Batang = E ρ V... (.11) Susunan batang yang digunakan pada metde pengujian impak ini diperlihatkan secara skematis pada Gambar.3., yang terdiri dari tiga batang: batang peluncur, batang penerus, dan spesimen. Keterangan Gambar : 1. Anvil. Helmet 3. Test rig 4. Pipa luncur 5. Batang penyangga

10 Gambar.3. Susunan Batang Uji Spesimen dapat berbentuk batang atau tabung dengan gemetri sederhana dan diletakkan bersentuhan secara klinir dengan batang penerus. Sebelum beban impak diberikan, batang impak mempunyai kecepatan V 1 sedangkan batang penerus dan spesimen mempunyai kecepatan yang sama yaitu: V = V 3 = 0. Pada bidang antar muka akan terjadi keseimbangan gaya, atau akan terjadi aksi dan reaksi antara kedua batang tersebut, yang dapat dinyatakan dengan hubungan: 1 A 1 = A... (.1) dimana: A A 1 1 = Luas penampang batang 1 = Luas penampang batang = Tegangan pada batang 1 = Tegangan pada batang Dari hubungan impuls mmentum diperleh hubungan = E ρ V di mana: = tegangan impak, ρ= massa jenis bahan, E= mdulus Yung, dan V= kecepatan partikel.

11 Dengan demikian pada batang impak yang bergerak dengan kecepatan V 1 akan timbul tegangan sebesar: 1 = ρ1e1 ( V1 V ' ) =... (.13) ' 1 ρ1e1 V1 ρ1e1v dimana: V V ρ 1 1 = Kecepatan sebelum tumbukan = Kecepatan setelah tumbukan = Kerapatan material batang 1. Selanjutnya kita tinjau batang, yang bergerak dengan kecepatan V. dapat ditentukan tegangan pada batang, yaitu: ' ρ EV = V ' =... (.14) ρ E Tegangan impak yang ditransmisikan ke input bar dan spesimen tersebut ditentukan leh kecepatan batang impak dan sifat-sifat mekanisnya. Bila luas kedua penampang sama besar, maka = 1 =. Tegangan yang masuk dari ujung kiri input bar sebesar akan timbul pada interface input bar dan spesimen pada saat t = l /C 0, dimana l adalah panjang input bar dan C 0, adalah kecepatan gelmbang elastis pada input bar. Dalam hal ini,

12 ada tiga bentuk gelmbang tegangan yang terlibat, yaitu: Tegangan yang terjadi (), Tegangan yang ditransmisikan ( T ), Tegangan yang direfleksikan ( R ). Gelmbang tegangan tersebut (Syam B., 1996) dihubungkan leh persamaan berikut: T A E3C =... (.15) A E C + A E C R A3 E3C A EC 3 =... (.16) A E C + A E C Bila α adalah faktr transmisi dan β adalah faktr refleksi, didapat hubungan: = α T... (.17) R = β... (.18) Untuk material yang mempunyai sifat mekanis dan dimensi yang sama maka dengan mensubstitusikan harga E = E 3, C = C 3, A = A 3, dan L = L 3 ke dalam persamaan (E.9) dan (E.10), diperleh T = 0 dan R = 0. Ini berarti besar tegangan yang ditransmisikan adalah sama dengan tegangan yang masuk, dan tidak ada tegangan yang direfleksikan..5. Kerangka Knsep Penelitian

13 Kerangka knsep penelitian pada gambar di bawah ini perlu dibuat untuk mengntrl pengaruh variable satu dengan yang lainnya. Hal ini dibutuhkan karena hasil yang diperleh dalam suatu penelitian sering sekali dipengaruhi leh variabel variabel itu sendiri. Kerangka knsep ditunjukan pada gambar.4. Perumusan Masalah : 1. Alat uji dengan menggunakan kecepatan impak tinggi sudah tersedia.. Belum adanya alat uji helmet sepeda mtr metde jatuh bebas. 3. Belum adanya standard khusus untuk pengukuran helmet sepeda mtr nnstandard. Variabel yang diamati : 1. Jarak pengimpakan. Besar Gaya dan Tegangan 3. Kecepatan impak Hal-hal yang mempengaruhi : 1. Material spesimen. Pemilihan spesimen 3. Setup alat uji 4. Penglahan hasil pengujian Hasil yang diperleh : 1. Beban impak maksimum. Tagangan impak maksimum 3. Besar beban dan energi ptensial yang mampu diserap leh helmet Gambar.4. Kerangka Knsep Penelitian Dari gambar.4. dapat kita ketahui bahwa perumusan masalah penelitian ini adalah dimana alat uji dengan menggunakan kecepatan impak tinggi sudah tersedia,

14 namun belum adanya alat uji helmet sepeda mtr metde jatuh bebas dan belum adanya standard khusus untuk pengukuran helmet sepeda mtr nn-standard. Sedangkan varibel penelitian ini adalah jarak pengimpakan, besar gaya dan tegangan impak yang masuk pada helmet serta kecepatan yang diperleh dengan menggunakan sensr. Adapun hal-hal yang mempengaruhi penelitian ini adalah spesimen helmet yang digunakan, setup alat pengujian dan juga kemampuan kita dalam menglah hasil pengujian. Sedangkan hasil yang diperleh dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan dan mengetahui berapa beban impak maksimum dan tegangan maksimum yang dapat diterima helmet. Serta untuk mengetahui berapa besar beban dan energi ptensial yang mampu diserap helmet pada berbagai jenis anvil.