BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada dasarnya semua benda yang ada di alam ini dapat mengalami perubahan bentuk bila diberikan suatu gaya. Baja yang paling keras sekalipun bisa berubah bentuknya bila diberikan gaya yang cukup besar. Modulus elastisitas merupakan patokan keelastisan suatu benda. Kita sebaiknya mengetahui modulus elastisitas. Karena setiap benda di sekeliling kita pasti mempunyai nilai modulus elastisitas walaupun nilainya sangat kecil. Oleh karena itu, praktikum fisika dasar mengenai modulus elastisitas ini dilakukan. 1.2 Tujuan a. b.
Membedakan pengertian tegangan dan regangan. Menentukan modulus elastisitas (E) dari suatu batang kayu dengan cara pelenturan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tegangan Gaya per satuan Luas disebut juga sebagai tegangan. Secara matematis ditulis:
Satuan tegangan adalah N/m2. 2.2 Regangan Regangan merupakan perbandingan antara perubahan panjang dengan panjang awal. Secara matematis ditulis
Karena L sama-sama merupakan dimensi panjang, maka regangan tidak mempunyai satuan (regangan tidak mempunyai dimensi). Regangan merupakan ukuran perubahan bentuk benda dan merupakan tanggapan yang diberikan oleh benda terhadap tegangan yang diberikan. Jika hubungan antara tegangan dan regangan dirumuskan secara matematis, maka akan diperoleh persamaan berikut:
Ini adalah persamaan matematis dari Modulus Elastis (E). Jadi modulus elastis sebanding dengan Tegangan dan berbanding terbalik Regangan. 2.3 Pelenturan Modulus elastisitas kayu dapat dihitung melalui pemberian beban sebagai tegangan yang diberikan pada kayu dan mengamati penunjukan oleh garis rambut sebagai regangannya. Besar pelenturan ditentukan melalui f=
B L3 48 El
3
=
f = pelenturan (cm) B = berat beban (dyne) L = panjang batang antara dua tumpuan (cm) E = modulus elastisitas b = lebar batang (cm) h = tebal batang (cm) I = momen inersia
BL 3 4 Eb h
2.4. Hukum Hooke Setiap pegas memiliki panjang alami, jika pada pegas tersebut tidak diberikan gaya. Pada kedaan ini, benda yang dikaitkan pada ujung pegas berada dalam posisi setimbang.
Gambar 1. Benda pada kondisi awal Sumber: www.belajarfisikaasyik.blogspot.com Apabila benda ditarik ke kanan sejauh +x, benda akan memberikan gaya pemulih pada benda tersebut yang arahnya ke kiri sehingga benda kembali ke posisi setimbangnya
Gambar 2. Posisi pada saat benda menegang Sumber: www. belajarfisikaasyik.blogspot.com Sebaliknya, jika benda ditarik ke kiri sejauh -x, pegas juga memberikan gaya pemulih untuk mengembalikan benda tersebut ke kanan sehingga benda kembali ke posisi setimbang.
Gambar 3. Posisi pada saat benda meregang Sumber: www. belajarfisikaasyik.blogspot.com Besar gaya pemulih F ternyata berbanding lurus dengan simpangan x dari pegas yang direntangkan atau ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0). Secara matematis ditulis :
Persamaan ini sering dikenal sebagai persamaan pegas dan merupakan hukum Hooke. Hukum ini dicetuskan oleh Robert Hooke (1635-1703). k adalah konstanta dan x adalah simpangan. Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya pemulih alias F mempunyai arah berlawanan dengan simpangan x. Ketika menarik pegas ke kanan maka x bernilai positif, tetapi arah F ke kiri (berlawanan arah dengan simpangan x). Sebaliknya jika pegas ditekan, x berarah ke kiri (negatif), sedangkan gaya F bekerja ke kanan. Jadi gaya F selalu bekeja berlawanan arah dengan arah simpangan x. k adalah konstanta pegas. Konstanta pegas berkaitan dengan elastisitas sebuah pegas. Semakin besar konstanta pegas (semakin kaku sebuah pegas), semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Sebaliknya semakin elastis sebuah pegas (semakin kecil konstanta pegas), semakin kecil gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas. Untuk meregangkan pegas sejauh x, akan memberikan gaya luar pada pegas, yang besarnya sama dengan F = +kx. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa x sebanding dengan gaya yang diberikan pada benda. Hukum hooke ternyata berlaku juga untuk semua benda padat, dari besi sampai tulang tetapi hanya sampai pada batas-batas tertentu. Mari kita tinjau
sebuah batang logam yang digantung vertikal, seperti yang tampak pada gambar di bawah.
Gambar 4. Batang logam yang digantung vertikal Sumber: www. belajarfisikaasyik.blogspot.com Pada benda bekerja gaya berat (berat = gaya gravitasi yang bekerja pada benda), yang besarnya = mg dan arahnya menuju ke bawah (tegak lurus permukaan bumi). Akibat adanya gaya berat, batang logam tersebut bertambah panjang sejauh (delta L) Jika besar pertambahan panjang (delta L) lebih kecil dibandingkan dengan panjang batang logam, hasil eksperimen membuktikan bahwa pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada benda. Perbandingan ini dinyatakan dengan persamaan :
Persamaan ini kadang disebut sebagai hukum Hooke. Kita juga bisa menggantikan gaya berat dengan gaya tarik, seandainya pada ujung batang logam tersebut tidak digantungkan beban. Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas-batas tertentu. Jika gaya sangat besar maka regangan benda sangat besar sehingga akhirnya benda patah. Hubungan antara gaya dan pertambahan panjang (atau simpangan pada pegas) dinyatakan melalui grafik di bawah ini.
Gambar
5. Grafik
gaya dan
pertambahan panjang Sumber: www. belajarfisikaasyik.blogspot.com Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku sepanjang daerah elastis sampai pada titik yang menunjukkan batas hukum hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas hukum hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya yang diberikan tidak melewati batas elastisitas. tapi hukum Hooke tidak berlaku pada daerah antara batas hukum hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali seperti semula; benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah. Berdasarkan persamaan hukum Hooke di atas, pertambahan panjang (delta L) suatu benda bergantung pada besarnya gaya yang diberikan (F) dan materi penyusun dan dimensi benda (dinyatakan dalam konstanta k). Benda yang dibentuk oleh materi yang berbeda akan memiliki pertambahan panjang yang berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, misalnya tulang dan besi. Demikian juga, walaupun sebuah benda terbuat dari materi yang sama (besi, misalnya), tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda maka benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda sekalipun diberikan gaya yang sama. Jika kita membandingkan batang yang terbuat dari materi yang sama
tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda, ketika diberikan gaya yang sama, besar pertambahan panjang sebanding dengan panjang benda mulamula dan berbanding terbalik dengan luas penampang. Makin panjang suatu benda, makin besar besar pertambahan panjangnya, sebaliknya semakin tebal benda, semakin kecil pertambahan panjangnya. Jika hubungan ini kita rumuskan secara matematis, maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut :
Persamaan ini menyatakan hubungan antara pertambahan panjang (delta L) dengan gaya (F) dan konstanta (k). Materi penyusun dan dimensi benda dinyatakan dalam konstanta k. Untuk materi penyusun yang sama, besar pertambahan panjang (delta L) sebanding dengan panjang benda mula-mula (Lo) dan berbanding terbalik dengan luas penampang (A).
Tabel 1. Modulus Elastisitas beberapa benda BAB III METODE PRAKTIKUM 3.1 Alat dan Bahan Alat : 1. 2. 3. 4. 5.
Meja Dua buah tumpuan Skala cermin Kait yang dilengkapi garis rambut Scientific Calculator
Bahan : 1. Seperangkat beban (6 Buah 500 gram) 2. Tiga buah batang kayu yang berbeda geometri Batang I : - Panjang = 80 cm - Lebar = 1,5 cm - Tebal = 1,5 cm
Batang II : - Panjang = 80 cm - Lebar = 2 cm - Tebal = 1 cm Batang III : - Panjang = 80 cm - Lebar = 1 cm - Tebal = 1 cm
3.2 Prosedur Praktikum 3.2.1 Percobaan 1 (Batang Kayu I) 1. Memasang tumpuan pada meja, lalu meletakkan batang kayu I di atas tumpuan. 2. Meletakkan kait yang dilengkapi garis rambut tepat ditengah kayu. Meletakkan garis rambut menempel pada skala cermin. 3. Membaca dan mencatat kedudukan garis rambut pada kedudukan setimbang, yaitu kedudukan tanpa beban. 4. Menambahkan beban, tiap penambahan beban baca dan catat kedudukan garis rambut. 5. Mengurangi beban, tiap pengurangan beban baca dan catat kedudukan garis rambut sampai pada keadaan tanpa beban. 6. Mencatat datanya pada tabel. 7. Menghitung modulus elastisitas batang kayu I. 8. Menggambar grafik antara beban terhadap pelenturan. 3.2.2 Percobaan 2 (Batang Kayu II) 1. Memasang tumpuan pada meja, lalu meletakkan batang kayu II di atas tumpuan. 2. Meletakkan kait yang dilengkapi garis rambut tepat ditengah kayu. Meletakkan garis rambut menempel pada skala cermin. 3. Membaca dan mencatat kedudukan garis rambut pada kedudukan setimbang, yaitu kedudukan tanpa beban. 4. Menambahkan beban, tiap penambahan beban baca dan catat kedudukan garis rambut.
5. Mengurangi beban, tiap pengurangan beban baca dan catat kedudukan garis rambut sampai pada keadaan tanpa beban. 6. Mencatat datanya pada tabel. 7. Menghitung modulus elastisitas batang kayu II. 8. Menggambar grafik antara beban terhadap pelenturan. 3.2.3 Percobaan 3 (Batang Kayu III) 1. Memasang tumpuan pada meja, lalu meletakkan batang kayu III di atas tumpuan. 2. Meletakkan kait yang dilengkapi garis rambut tepat ditengah kayu. Meletakkan garis rambut menempel pada skala cermin. 3. Membaca dan mencatat kedudukan garis rambut pada kedudukan setimbang, yaitu kedudukan tanpa beban. 4. Menambahkan beban, tiap penambahan beban baca dan catat kedudukan garis rambut. 5. Mengurangi beban, tiap pengurangan beban baca dan catat kedudukan garis rambut sampai pada keadaan tanpa beban. 6. Mencatat datanya pada tabel. 7. Menghitung modulus elastisitas batang kayu III. 8. Menggambar grafik antara beban terhadap pelenturan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Besarnya modulus elastisitas dipengaruhi oleh tegangan, regangan, pelenturan, berat beban, panjang batang, lebar batang, dan modulus
elastisitas. Benda elastis adalah benda yang kembali ke bentuk semula bila gaya
dihilangkan. Benda plastis adalah benda yang tidak dapat kembali ke bentuknya semula
bila gayanya dihilangkan. Gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang dan
dapat dirumuskan dengan persamaan F=kx Bila gaya yang diberikan pada benda melampui batas kekuatan benda,
benda akan patah. Kayu memiliki Modulus Elastisitas. Grafik yang diperoleh adalah grafik linier.
5.2 Saran
Memahami dahulu konsep Hukum Hooke. Alat yang digunakan harus dalam keadaan baik sehingga bisa menentukan
modulus elastisitas dengan tepat. Harus lebih ditingkatkannya ketelitian dalam melakukan percobaan, agar
hasil yang didapat lebih akurat. Pada saat pengolahan data harus lebih cermat dan teliti.
DAFTAR PUSTAKA Giancoli, Tippler. 2000. FISIKA untuk sains dan teknik. Jakarta: Erlangga Kanginan, Marthen. 2006. FISIKA untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga Supiyanto. 2008. FISIKA untuk SMA kelas XI. Jakarta: Phibeta Zaida, Drs.,M.Si. 2010. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Jatinangor: FTIP Unpad http://belajarfisikaasyik.blogspot.com/elastisitas (diakses tanggal 14 Oktober 2013 pukul 14.35) http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum Hooke (diakses tanggal 14 Oktober 2013 pukul 14.40) http://www.gurumuda.com/elastisitas/ (diakses tanggal 14 Oktober 2013 pukul 14.50)
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR MODUL 4 Modulus Elastisitas
Disusun oleh Nama
: Minanda Fachladelcada Primara
NPM
: 240210130056
Kelompok / shift
: Kelompok 1/ TIP A2
Hari / tanggal
: Senin / 7 Oktober 2013
Waktu
: 10.00 WIB
Asisten
: Rijalul Fikri Rusyda Sofyan
LABORATORIUM FISIKA DASAR JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJAJARAN 2013
