PENGUKURAN TENSILE STRENGTH, COMPRESSIVE STRENGTH DAN MODULUS ELASTISITAS BENDA PADAT PDF

Preview

Summary

PENGUKURAN TENSILE STRENGTH, COMPRESSIVE STRENGTH DAN MODULUS ELASTISITAS BENDA PADAT 1 Moh. Saad Baruqi, 2Siti Zumrokatus Sholihah, 3Agung Sugiharto, 4Bobby Chandra Martonio, 5Akbar Sulthoni, 6Dimas Supriyanto, 7Kiranti Nala Kusuma, 8Anis Nurul Aini, 9 Debbie Lusiana Tambun, 10Windy Suryaningrum Ju...

Description

Accelerat ing t he world's research.

PENGUKURAN TENSILE STRENGTH, COMPRESSIVE STRENGTH DAN MODULUS ELASTISITAS BENDA PADAT Moh. Saad Baruqi, S.Si.

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

Mengukur Tensile St rengt h dan Modulus Elast isit as PVC Benu Banjir

Laporan-Punt ir Andri Diyan Sifat mekanis dari Logam MENGAPA ST UDI Sifat Mekanik Logam Gigih Gust omo

PENGUKURAN TENSILE STRENGTH, COMPRESSIVE STRENGTH DAN MODULUS ELASTISITAS BENDA PADAT

1

Moh. Saad Baruqi, 2Siti Zumrokatus Sholihah, 3Agung Sugiharto, 4Bobby Chandra Martonio, 5Akbar Sulthoni, 6Dimas Supriyanto, 7Kiranti Nala Kusuma, 8Anis Nurul Aini, 9 Debbie Lusiana Tambun, 10Windy Suryaningrum Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya

Abstrak

Pada eksperimen pengukuran tensile strength, compressive strength dan modulus elastis benda padat yakni

untuk mengukur sifat-sifat mekanik zat padat, compressive

strength/kekuatan tekan, hubungan stess dan strain serta modulus elastisitas suatu bahan. Kekuatan tarik/ tensile strength menyatakan ukuran besar gaya yang diperlukan untuk mematahkan atau merusak bahan. pada PVC dapat diketahui hubungan antara stess dan strain, serta nilai modulus elastisitasnya. Grafik hubungan antara stess dan strain menunjukkan adanya regresi sebesar y = 0,082x + 0,000 Dari regresi tersebut modulus elastisitas dari PVC adalah

= 0,082 �/�2

Kata kunci: stress, strain, tensile strength, modulus elastis.

yang perlu mendapatkan perhatian bagi

PENDAHULUAN Sifat-sifat mekanik zat padat seperti

para peneliti yang melakukan rekayasa

kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan

bahan karena sifat-sifat ini memberikan

tekan (compressive strength), modulus

peranan penting bagi terciptanya suatu

elastisitas

bahan

(modulus

Young,

modulus

yang

sesuai

dengan

yang

geser, dan modulus Bulk), keuletan,

dikehendaki. Masing-masing bahan padat

ketangguhan, kekerasan, dan kekuatan

seperti

impak merupakan sifat-sifat fisis zat padat

semikonduktor,

logam,

keramik, dan

polimer,

superkonduktor

memiliki sifat-sifat mekanik yang berbeda

ukuran benda. Pengaruh vektor gaya

satu

yang

terhadap sumbu x menghasilkan besaran

menyebabkan adanya perbedaan aplikasi

tensile stress dengan lambang � . Indeks x

bagi

sama

lain.

Hal

bermacam-macam

inilah

benda

padat

menyatakan arah vektor gaya. Pengaruh

tersebut di atas. Sebagai contoh, logam

gaya terhadap sumbu y dan sumbu z

memiliki tingkat kekuatan yang lebih

menghasilkan

tinggi daripada polimer. Oleh karenanya

besaran shear stress. Untuk sumbu y,

logam banyak digunakan untuk peralatan

shear stress dilambangkan � , sedangkan

yang membutuhkan kekuatan yang besar

momen

yang

disebut

sumbu z dilambangkan � .

(alat-alat di industri, komponen peralatan

Hubungan antara besaran-besaran tersebut

transportasi

dapat dirumuskan sebagai berikut:

dan

lain-lain),

sementara

polimer banyak digunakan untuk alat-alat

�=

rumah tangga. Mengingat

pentingnya

sifat-sifat

mekanik dalam rekayasa bahan, maka dalam

makalah

ini

akan

dipaparkan

� =� +� �� � � = ��

+�

dengan i, j, k adalah vektor satuan untuk masing-masing sumbu.

pengertian beberapa sifat-sifat mekanik zat padat dan cara pengukurannya dengan menggunakan autograph tipe AG – 10 TE Shimadzu. Sifat-sifat mekanik yang akan dibahas adalah stress (tegangan), strain (regangan),

kekuatan

tarik

(tensile

strength), kekuatan tekan (compressive strength), modulus elastisitas.

DASAR TEORI

2.2 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

memiliki

internasional,

lambang

ε

dengan

strain satuan

mm/mm atau %.

2.1 Stress (Tegangan) �=

Stress atau tegangan didefinisikan

Δ

= 0

−

0

0

sebagai perubahan gaya tehadap luas

dengan ∆L adalah perubahan panjang

penampang daerah yang dikenai gaya

benda dan

tersebut (Van Vlack, 1991). Dalam satuan

mula. Benda padat yang dikenai gaya akan

internasional, stress memiliki lambang S

mengalami

2

dan satuan N/� . Gaya yang bekerja pada benda menyebabkan terjadinya perubahan

0

adalah panjang benda mula-

perubahan

ukuran.

Jika

gayanya berupa gaya tarik maka benda

akan memanjang, sebaliknya jika gayanya

Persamaan (4) dikenal juga dengan

adalah gaya tekan, maka benda akan

Hukum Hooke. Hukum Hooke berlaku di

memendek. Hal ini terjadi jika ukuran

bawah

benda dimensi panjangnya jauh lebih besar

sebagian besar bahan selama beban atau

dari lebarnya. Sementara jika ukuran

tegangan tidak melampaui batas elastik,

panjang dan lebar suatu benda hampir

regangan

akan

sama maka akibat adanya gaya akan

tegangan.

Regangan

mengakibatkan terjadinya regangan geser.

sebanding dengan tegangan bila pada

batas

bahan/logam

kemampuan

didefinisikan

bahan

dimana

sebanding

hanya

untuk

dengan

elastik

terjadi

akan

deformasi

elastik.

2.3 Modulus Elastisitas Elastisitas

elastik,

untuk

Regangan elastik merupakan hasil

sebagai menerima

perpanjangan

sel

satuan

dalam

arah

tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya

tegangan tarik, atau hasil kontraksi dari sel

perubahan bentuk yang permanen setelah

satuan dalam arah tekan. Makin besar gaya

tegangan dihilangkan. Peristiwa ini disebut

tarik menarik antara atom logam, makin

juga deformasi elastis. Deformasi elastik

tinggi

terjadi bila logam atau bahan padat

Modulus elastisitas bersifat anisotropik,

dibebani gaya. Bila tegangan tersebut

yaitu berubah sesuai dengan arah kristal

disebabkan oleh gaya tarik maka benda

dikenal sebagai anisotropi kristalografi.

pula

modulus

elastisitasnya.

akan bertambah panjang, setelah gaya

Pada pembebanan geser, bekerja

ditiadakan benda akan kembali ke bentuk

dua gaya yang sejajar. Tegangan geser ��

semula. Sebaliknya jika tegangan tersebut

adalah gaya

disebabkan oleh gaya tekan maka akan

geser �� .

mengakibatkan benda akan menjadi lebih

dibagi dengan luas bidang

�� =

pendek dari keadaan semula (Van Vlack,

�

��

Gaya geser menyebabkan adanya

1991). Bila hanya ada deformasi elastik, maka

�

regangan

sebanding

dengan

tegangan. Perbandingan antara tegangan (σ) dengan regangan elastik (ε) disebut modulus elastisitas (modulus Young) yang dapat ditulis sebagai berikut: � = �

pergeseran sudut α. Regangan geser didefinisikan

sebagai

tangen

α.

Perbandingan tegangan geser �� dengan

regangan geser disebut modulus geser G. �� =

Modulus geser G disebut juga

modulus

kekakuan,

berbeda

dengan

modulus elastisitas (modulus Young) E.

benda yaitu pada titik dengan tanda X.

Untuk regangan kecil berlaku hubungan:

Diagram umum stress terhadap strain

v

adalah

= 2 (1 + �)

bilangan

perbandingan negatif melintang �

suatu material dapat dilihat pada gambar.

Poisson

yaitu

antara regangan

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 �ℎ dengan kompresi volum (∆V/V).

=

�ℎ � 1 = Δ�

2.4 Deformasi Plastis

Antara modulus Bulk K dan modulus elastisitas E terdapat hubungan: =

kekuatan

tekan

strain berbanding lurus dengan stress dan hukum ini dipenuhi oleh benda padu

3(1 − 2�)

Kekuatan tarik (tensile strength) atau

Hukum Hooke menyatakan bahwa

(compressive

strength) menyatakan ukuran besar gaya yang diperlukan untuk mematahkan atau merusak bahan. Diagram antara stress (tegangan)

daerah elastis. Jika bahan ditarik oleh suatu gaya pada daerah elastis, maka benda tersebut akan mengalami perubahan ukuran,

bahan. Diagram tersebut menggambarkan perubahan stress terhadap strain bila benda dikenai suatu gaya. Pada titik tertentu akan terjadi deformasi struktur

setelah

gaya

dihilangkan maka benda akan kembali pada keadaan semula. Pada tegangan yang lebih tinggi

dan strain (regangan) dapat digunakan untuk menentukan sifat mekanik dari suatu

kemudian

(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,

METODE PENELITIAN 

BAHAN DAN ALAT

ukuran benda tidak dapat kembali seperti

Bahan-bahan yang digunakan pada

semula apabila gaya telah dihilangkan.

eksperimen ini adalah Pil tablet dan

Grafik stress terhadap strain pada daerah

PVC.Alat-alat yang digunakan adalah

elastis adalah linier sedangkan pada daerah

seperangkat

plastis menunjukkan harga maksimum

Shimadzu tipe AG-10TE.

ultimate strength. Harga slope grafik linier dinyatakan sebagai modulus Young. Luas daerah total dari kurva menyatakan harga





modulus of toughness, sedangkan luas

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

Autograph

PROSEDUR PERCOBAAN Pengukuran stress, strain dan kekuatan tarik (tensile strength)

daerah elastis menyatakan harga modulus of

peralatan

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/

bahan

uji

pada

tempatnya. Menyalakan power supply dan diset up. Mengatur jarak maksimum, kecepatan pembebanan, range beban/gaya. Setelah itu menarik load cell perlahanlahan dengan menekan tombol start (up), kemudian

dalam

stop.Mengulangi

beberapa langkah

detik

di

sebelumnya

besarnya regangan plastis sampai patah,

sampai tercapai keadaan plastik atau

dapat

sampai patah. Lalu mencatat besar gaya

dinyatakan

dengan

persentasi

perpanjangan (percent elongation). �� =

�

−

0

0

=

Δ

dan perubahan panjang 

0

Kekuatan luluh (Yield strength), �

merupakan

ketahanan

suatu

bahan

terhadap deformasi plastis dinyatakan dengan besarnya gaya pada saat luluh dibagi luas penampang.

Pengukuran

kekuatan

tekan

(compressive 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/

bahan

uji

pada

tempatnya. Menyalakan power supply dan ∆ (

diset up. Mengatur jarak maksimum,

F (kN)

kecepatan pembebanan, range beban/gaya.

0,000

Menurunkan

perlahan-lahan

0,012

0,14

dengan menekan tombol start (down)

0,020

0,28

hingga menyentuh bahan uji hingga bahan

0,035

0,46

uji patah dan terakhir mencatat besar gaya

0,052

0,78

dan perubahan panjang.

0,052

1,18

0,052

1,39

�=

=

load

cell

DATA PENGAMATAN ANALISIS

akan menyertakannya didalam lampiran, sehingga perhitungan dan analisis data dapat lebih mudah dilihat dan dibaca.

PEMBAHASAN Pada eksperimen M.3 yakni Pengukuran stress, strain dan kekuatan tarik (tensile Stess

0,00

DAN

Untuk data pengamatan dan analisis, kami

strength).

)

didefinisikan

sebagai

∆� �= �� 0

�

�

0

�

�

0

� �

�

0,00088

0,0136

15,4545

0,0015

0,0271

18,0667

0,0026

0,0446

17,1538

0,0038

0,0756

19,8947

0,0038

0,1143

30,0789

0,0038

0,1347

35,4473

perubahan gaya terhadap daerah yang dikenai gaya tersebut. Strain atau regangan didefinisikan sebagai

Elastisitas

didefinisikan

sebagai

perbandingan perubahan panjang benda

kemampuan

terhadap panjang mula-mula akibat suatu

tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya

gaya

perubahan

perubahan bentuk yang permanen setelah

panjang tersebut. Ketika uji tarik, PVC

tegangan dihilangkan.Peristiwa ini disebut

diposisikan

juga deformasi elastis.Bila hanya ada

dengan

arah

dalam

sejajar

keadaan

berdiri.

bahan

untuk

menerima

Autograph diset ke up agar dapat menarik

deformasi

PVC sampai PVC patah. Hasil yang

sebanding dengan tegangan.Perbandingan

diperoleh dari pengukuran stress, strain

antara tegangan (σ) dengan regangan

dan kekuatan tarik (tensile strength)

elastik (ε) disebut modulus elastisitas

l = (10,32 ± 0,005) mm t = (1,31 ± 0,005) mm

elastik,

(modulus Young).

maka

regangan

Hubungan antara stress dan strain dapat

mengetahui berapa besarnya

dilihat pada grafik dibawah ini:

elastisitas pada PVC. Pada percobaan kali

modulus

ini, didapat regresi sebesar y = 0,082x +

Stress (σ)

0,000. Sehingga modulus elastisitas dari bahan uji

0,005 0,0045 0,004 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0,0005 0

dapat

ditentukan

dengan

menurunkan

persamaan garis regresi terhadap x :

y = 0,028x + 0,000 R² = 0,838

=

�(0,082x + 0,000) � = � �

= 0,082 �/�2 I. 0

0,05

0,1

0,15

Strain (ε)

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. kemudian mengalami daerah plastis.Keadaan dimana suatu bahan sudah tidak dapat kembali ke bentuknya semula Dari regresi grafik hubungan antara stress dan strain dapat kita gunakan untuk

KESIMPULAN Grafik hubungan antara stress-strain pada

PVC

menunjukkan

adanya

regresi sebesar: y = 0,082x + 0,000 Modulus elastisitas pada PVC adalah E= 0,082 �/�2 DAFTAR PUSTAKA 1. 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....