1 PENDAHULUAN Latar Belakang Penggunaan bahan-bahan teknik secara tepat dan efisien membutuhkan pengetahuan yang luas akan sifat-sifat mekanisnya. Diantara sifat ini yang berkaitan dengan Modulus Young adalah elastisitas. Elastis atau elastisitas adalah kemampuan sebuah benda untuk kembali ke bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuahgaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah.untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang. Kebanyakan benda adalah elastis sampai ke suatu gaya besarnya tertentu. Hal ini dinamakan batas elastis. Jika gaya yang diberikan pada benda lebih kecil dari batas elastisnya, maka benda tersebut akan kembale ke bentuk semulanya jika gaya tersebut dihilangkan. Tetapi jika gaya yang diberikan melampaui batas elastis, benda tak akan kembali ke bentuk semula, melainkan secara permanen berubah bentuk. Modulus Young juga dapat disebut perbandingan antara tegangan dan regangan. Tegangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik F yang dialami kawat dengan luas penampangnya (A) atau bisa juga disebut gaya persatuan luas. Regangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan panjang dengan panjang awal pegas. Modulus Young berbanding lurus dengan gaya yang diberikan dan perubahan kedudukan kawat penunjuk. Dan berbanding terbalik dengan luas 1
2 penampang dan panjang batang. Nilai Modulus Young hanya bergantung pada jenis benda, tidak tergantung pada ukuran atau bentuk benda. Modulus Young dapat diartikan secara sederhana, yaitu adalah hubungan besaran tegangan tarik dan regangan tarik. Lebih jelasnya adalah perbandingan antara tegangan tarik dan regangan tarik. Modulus Young sangat penting dalam ilmu fisika karena setelah mempelajarinya, kita bisa menggunakannya untuk menentukan nilai kelastisan dari sebuah benda. Karena dirasa penting bagi mahasiswa untuk mengetahui dan menguasainya, dilakukanlah sebuah praktikum untuk memperdalam materi fisika tentang Modulus Young Tujuan Praktikum - Untuk menentukan Modulus Young suatu bahan dengan massa yang berbeda-beda. - Untuk menentukan nilai konstanta yang terdapat pada pegas. - Untuk menentukan tegangan pada pegas. - Untuk menentukan regangan pada pegs. 2
3 TINJAUAN PUSTAKA Kekuatan tarik merupakan sifat mekanis yang snagat penting dari logam, terutama untuk perhitungan-perhitungan konstruksi. Untuk memperoleh informasi tentang kekuatan tarik dilakukan pengujian tarik. Di dalam pengujian tarik, batang percobaan atau batang uji dikenai beban aksial yang ditambah secara berangsurangsur dan kontinyu. Pada saat yang bersamaan, dilakukan pengukuranpengukuran yang diperlukan untuk menentukan besarnya tegangan dan regangan. Untuk menentukan kurva tegangan-regangan teknik digunakan nilai rata-rata. Pengertian tegangan teknik adalah besarnya beban (F) dibagi luas penampang semula dari batang uji (A 0 ) (Sumanto, 1994). Bahan banguna yang perubahan bangunnya cepat bersama-sama dengan hilangnya beban disebut bersifat elastik. Umumnya bahan bangunan mempunyai sifat elastik. Bila suatu bahan bersifat rapuh akan meninggalkan perubahan bangun bila beban lenyap, dan beban yang berulang-ulang akan mengakibatkan bahan itu patah. Sebaliknya tidak ada bahan bangunan yang elastik sempurna (Kamarwan, 1995). Dengan melakukan percobaan-percobaan untuk mengetahui pertambahan panjang balok-balok prismatik akhirnya diperoleh suatu kepastian yang berlaku bagi berbagai jenis bahan konstruksi. Kepastian ini menyatakan bahwa dalam batas-batas tertentu pertambahan panjang sebuah balok adalah berbanding lurus dengan gaya tarik yang bekerja. Hubungan linier sederhana antara gaya dan pertambahan panjang balok pertama kali dirumuskan oleh seorang ilmuwan Inggris bernama Robert Hooke pada tahun 1678 (Timoshenko, 1958). 3
4 Perubahan bentuk benda yang terjadi pada keadaan tegang disebut regangan. Ada dua macam regangan, bahan dapat membesar atau mengecil dan menghasilkan regangan normal, atau lapisan-lapisan bahan dapat bergeser yang satu terhadap yang laindan menghasilkan regangan geser. Untuk batang dalam keadaan tarik atau kompresi sederhana, akibat yang paling jelas terlihat adalah perubahan panjang batang, yaitu regangan normal. Itensitas regangan (biasanya disbeut regangan saja) untuk regangan normal didefinisikan sebagai perbandingan perubahan ukuran terhadap ukuran semula (Titherington dan Rimmer, 1984). Struktur harus sangat dirancang di bawah kombinasi beban sehingga kemungkinan sangat kecil untuk tegangan σ dalam setiap penampang untuk mencapai σ u atau σ y. Dengan kata lain, kita harus memastikan bahwa tegangan dikembangkan di dalam struktur dalam kondisi yang jauh dibawah nilai rata-rata dari σ u atau σ y. Dalam tegangan, batas dari nilai σ u atau σ y disebut dengan tegangan yang tersedia atau tegangan yang bekerja (Cerny, 1981). Ketika tes tarik dilakukan pada kawat baja dari bahan yang sama, tetapi berbeda luas penampang, beban ditemukan tidak proporsional di sekitar daerah masing-masing kawat. Ini dikarenakan kekuatan tarik diatur oleh intensitas gaya pada penampang normal dari kawat bukan oleh gaya total. Intensitas ini dikenal sebagai tegangan (Case and Chilver, 1959). Bila suatu pegas diberikan beban (w) maka pegas akan bertambah panjang (x), maka berlaku hubungan : 4
5 Dimana F = gaya pegas (N), k = konstanta pegas (N/m), x = pertambahan panjang pegas (m). Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya yang bekerja pada pegas justru berlawanan dengan gaya yang kita berikan (misal : jika pegas kita tarik ke bawah maka menimbulkan gaya pegas ke atas) dan bila hanya ditanya n,ilainya saja maka tanda negatif tersebut boleh tidak dicantumkan (Anonimous, 2010). Rumus tegangan (T) : Dimana F = gaya (N), dan rumus untuk regangan (e) : dan nilai modulus young/elastisnya = tegangan (T) dibagi regangannya (e) : (Erma, 2011) 5
6 BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Adapun waktu dan tempat praktikum dilakukan pada tanggal 19 Maret 2012, pada pukul 15.00, 25 m di atas permukaan tanah di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan. Bahan dan Alat Bahan Adapun bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah 2 buah pegas, yang digunakan sebagai objek dalam percobaan, batu bata sebagai bahan yang akan menjadi beban saat percobaan, plastik sebagai wadah batu bata saat akan dikaitkan pada plat besi, timbangan sebagai bahan yang akan digunakan untuk menimbang massa atau berat bahan, Alat Adapun alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah alat tulis sebagai alat untuk mencatat data, kalkulator sebagai alat yang digunakan untuk menghitung perkiraan-perkiraan dan kamera sebagai alat dokumentasi. Prosedur Kerja 1. Dipersiapkan alat dan bahan 2. Ditimbang massa batu yang akan digunakan sebagai beban lalu dipisahkan menjadi tiga bagian masing-masing 2 kg, 3.5 kg, dan 5.5 kg dan dimasukkan ke dalam kantong plastik 3. Diukur diameter dan panjang awal (l o ) dari kedua pegas 6
7 4. Digantungkan pegas pada tiang atau penyangga besi dan dihubungkan dengan kawat besi 5. Dipasangkan beban 2 kg yang telah dibungkus plastik pada penghubung pegas tepat di bagian tengahnya 6. Diamati dan diukur dengan meteran pertambahan panjang pegas setelah diberi beban 7. Diturunkan beban pertama, lalu dipasangkan beban kedua (3.5 kg) 8. Diulangi tiga prosedur terakhir sebelumnya untuk beban kedua dan ketiga (3.5 kg dan 5.5 kg) 9. Dibuat data hasil pengamatan 10. Dihitung modulus Young dan konstanta pegasnya dengan rumus: σ ε E K = F/A = l/l = σ/ε (Pa) = F/ x K total = k 1 + k 2 + k 3 Keterangan: σ = tegangan (N/m 2 ) F = gaya (N) A = luas penampang (m 2 ) ε l L E = regangan = perubahan panjang (m) = panjang awal (m) = modulus elastisitas (Pa) 7
8 k l = konstanta pegas = x = pertambahan panjang (m) 8
9 HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pegas 1 Pegas 2 N o Massa (kg) lo (cm) L (cm) l (cm) E (N/m 2 ) K (N/m) lo (cm) l (cm) l (cm) E (N/m 2 ) K (N/m) 1 2 19,5 21 1,5 1,44. 10 6 654 19,5 20,9 1,4 1,55. 10 6 700,72 2 3,5 19,5 23,5 4 9,46. 10 5 429,19 19,5 23,3 3,8 9,95. 10 2 451,78 3 5,5 19,5 26,5 7 8,50. 10 5 385,68 19,5 27 7,5 7,92. 10 359,7 Perhitungan ( ) ( )( ) Pegas 1 9
10 σ ε 1. massa = 3,5 kg 10
11 massa = 5,5 kg 11
12 Pegas 2 12
13 σ ε massa = 3,5kg 13
14 massa = 5,5 kg 14
15 Jadi, K total pegas 1 K total pegas 2 15
16 Pembahasan Dari percobaan pada pegas pertama didapatkan nilai Modulus Young sebesar 1,44.10 6 N/m 2 dengan beban 2 kg. Pada beban 3,5 kg didapat Modulus Young sebesar 9,46.10 5 N/m 2. Pada beban 5,5 kg didapat nilai Modulus Young sebesar 8,50.10 5 N/m 2. Dari percobaan pada pegas kedua didapatkan nilai Modulus Young sebesar 1,55.10 6 N/m 2 dengan beban 2 kg. Pada beban 3,5 kg didapat Modulus Yong sebesar 9,95.10 6 N/m 2. Pada beban 5,5 kg didapat nilai Modulus Young sebesar 7,92.10 6 N/m 2. Modulus Young ialah perbandingan antara tegangan dengan regangan. Hal ini sesuai dengan literatur Sumanto (1996) yang menyatakan bahwa Modulus elastis atau modulus Young adalah konstanta dari perbandingan lurus antara tegangan dan regangan. Dalam percobaan ini juga dihitung konstanta pegas, yaitu perbandingan antara gaya yang bekerja pada pegas dengan pertambahan panjang pegas. Hal ini berpedoman pada hukum Hooke yang dinyatakan dalam literatur Anonimous (2010) bahwa Menurut hukum Hooke yang menyatakan gaya sebuah batang akan mengakibatkan perubahan panjang atau pelengkungan pada batang tesebut selama dalam batas elastisitasnya,yang dinyatakan dengan. Dalam melakukan percobaan modulus Young terdapat beberapa kelebihan dan kekurangan. Beberapa diantara kelebihan modulus Young yaitu bahan dan alat yang mudah diperoleh serta prosedurnya yang mudah dilakukan. Sementara kekurangannya yaitu ketelitian yang kurang dalam pengukuran pertambahan panjang pegas, letak beban yang tidak seimbang mengakibatkan perbedaan 16
17 panjang pegas yang terlalu jauh antara pegas 1 dan pegas 2 serta cara perhitungan konstanta pegas yang kurang jelas sehingga mengkibatkan hasil praktikum tidak efisien. 17
18 KESIMPULAN 1. Modulus Elastisitas atau Modulus Young merupakan perbandingan antara besarnya tegangan terhadap regangan. 2. Faktor-faktor yang mempengaruhi modulus Young diantaranya ialah ; Jenis bahan, berat bahan, gravitasi, panjang dan luas penampang bahan dll. 3. Modulus Young berbanding terbalik dengan konstanta pegasnya. Makin besar nilai Modulus Young, maka semakin kecil konstanta pegasnya dan sebaliknya. 4. Modulus Young berbanding lurus dengan massa beban dan pertambahan panjang pegas. Makin berat beban yang digantungkan pada pegas, pertambahan panjangnya juga semakin besar, maka makin besar pula modulus elastisitasnya, dan sebaliknya. 5. Dari percobaan pada pegas pertama didapatkan nilai Modulus Young sebesar 1,44.10 6 N/m 2 dengan beban 2 kg. Pada beban 3,5 kg didapat Modulus Young sebesar 9,46.10 5 N/m 2. Pada beban 5,5 kg didapat nilai Modulus Young sebesar 8,50.10 5 N/m 2. 6. Dari percobaan pada pegas kedua didapatkan nilai Modulus Young sebesar 1,55.10 6 N/m 2 dengan beban 2 kg. Pada beban 3,5 kg didapat Modulus Yong sebesar 9,95.10 6 N/m 2. Pada beban 5,5 kg didapat nilai Modulus Young sebesar 7,92.10 6 N/m 2. 7. Kelebihan modulus Young yaitu bahan dan alat yang mudah diperoleh serta prosedurnya yang mudah dilakukan. Sementara kekurangannya yaitu ketelitian yang kurang dalam pengukuran pertambahan panjang pegas, letak 18
19 beban yang tidak seimbang mengakibatkan perbedaan panjang pegas yang terlalu jauh antara pegas 1 dan pegas 2 serta cara perhitungan konstanta pegas yang kurang jelas sehingga mengkibatkan hasil praktikum tidak efisien. 8. Pada percobaan pegas I dengan beban 2 kg didapat konstanta pegas sebesar 654 N/m. pada beban 3,5 kg sebesar 429,19 N/m. Sedangkan pada beban 5,5 kg sebesar 375,68 N/m. Pada percobaan pegas II dengan beban 2 kg didapat 700,72 N/m. Pada beban 3,5 kg sebesar 451,78 N/m. dan pada beban 5,5 kg sebesar 359,7 N/m. 19
20 DAFTAR PUSTAKA Anonimous, 2010. Elastisitas dan Modulus Young. http://mediabelajaronline. blogspot.com [25 Maret 2012]. Case, J. and Chilver, A.H., 1959. Strength of materials and structures. Edward Arnold. London Cerny, L., 1981. Elementary Statics and Strength of Materials. McGraw-Hill Book Company. USA. Erma, 2011. Elastisitas dan Modulus Young. http://blog.uad.ac.id [25 Maret 2012]. Kamarwan, S. S., 1995. Mekanika Bahan. Penerbit Universitas Indonesia. UI- Press. Sumanto. 1994. Pengetahuan Bahan Mesin dan Listrik. Andi Offset Yogyakarta. Yogyakarta. Timoshenko, S., 1958. Dasar-Dasar Perhitungan Kekuatan Bahan. Penerbit Restu Agung. Jakarta. Titherington. D dan Rimmer, J. G., 1984. Mekanika Terapan. Penerbit Erlangga. Jakarta. 20
21 LAMPIRAN GAMBAR Gambar 1. Pegas Sebelum Diberi Beban Gambar 2. Beban Gambar 3. Pegas Saat Diberi Beban 21