Selasa, 20 Oktober 2009

modulus young laporan

BAB I
PENDAHULUAN


I.1.Latar Belakang
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.
Selanjutnya, untuk melengkapi praktikum tersebut, disusunlah laporan praktikum itu. Isi dari laporan ini tak lain adalah tinjauan pustaka yang berisi teori-teori Modulus Young, tujuan praktikum, hasil-hasil pengamatan dan pembahasan hal-hal yang telkah terjadi dalam praktikum. Tujuan lain dari laporan ini adalah memenuhi salah satu tugas dari mata kuliah fisika dasar.




I.2.Tujuan
Adapun tujuan utama dari dilaksanakannya praktikum Modulus Young ini adalah sebagai berikut:
Menyelesaikan soal-soal sehubungan dengan penerapan Modulus Young.
Menentukan Modulus Young suatu bahan.







BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

1.Keelastisan
Jika anda menarik sebuah pegas untuk melatih otot dada, maka pegas akan berubah bentuk, yaitu akan semakin panjang. Tetapi, bila anda melepaskan tangan anda, pegas akan segera kembali ke betuk semula. Atau contoh lain adalah pada katepel yang terbuat dari karet.
Pegas dan karet dalam hal inimerupakan benda dengan sifat elastis. Sifat elastis atau elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan.
Sedangkan benda yang tidak elastis adalah benda yang tidak kembali ke bentuk awalnya saat gaya dilepaskan, misalnya saja pada tanah liat. Bila anda menekan segumpal tanah liat, bentuknya akan berubah, tetapi saat gaya dilepaskan dari benda, tanah liat tidak kembali ke bentuk awalnya.

2.Tegangan
Tegangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik F yang dialami kawat dengan luas penampangnya (A) atau bisa juga didefinisikan sebaghai gaya per satuan luas. Tegangan dirumuskan oleh:


Tegangan merupakan sebuah besaran skalar dan memiliki satuan N/m² atau Pascal (Pa).

3.Regangan
Regangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan panjang ∆L dengan panjang awalnya L. Atau perbandingan perubahan panjang dengan panjang awal. Regangan dirumuskan oleh:


Karena pertambahan panjang ∆L dan panjang awal L adalah besaran yang sama, maka regangan e tidak memiliki satuan atau dimensi.

Gambar dibawah ini dapat digunakan untuk memperjelas pengertian dari tegangan dan regangan.









4.Modulus Elastis
Kebanyakan benda adlah elastis sampai ke suatu gaya yang tertentu besarnya, dinamakan batas elastis. Jika gaya yang dikerjakan/diberikan pada benda lebih kecil dari batas elastisnya, benda akan kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan. Tetapi jika gaya yang diberikan melampui batas elastis, benda tak akian kembali ke bentuk semula, melainkan secara permanen berubah bentuk.









Grafik diatas menunjukkan grafik tegangan terhadap regangan ketika sebuah kawat diberi gaya hingga kawat tersebut patah.
Dari O ke B, deformasi kawat adalah elastis. Ini berarti jika tegangan dihilangkan, kawat akan kembali ke bentuk semula. Dalam daerah elastis ini, terdapat daerah yang memiliki garis linier/garis lurus, yaitu OA. Dari O sampai A ini berlaku hukum Hooke, dan titik A disebut sebagai batas hukum Hooke.
B adalah batas elastis dari kawat. Di atas titik ini, deformasi kawat adalah plastis. Jika tegangan baru dihilangkan dalam daerah deformasi plastis, misalnya di titik D, kawat logam tidak akan kembali ke bentuk semula, melainkan mengalami perubahan bentuk yang permanen (contohnya seperti kejadian melengkungnya klip kertas).
C adalah titik tekuk (yield point). Di atas titik ini hanya dibutuhkan tambahan gaya tarik kecil untuk menghasilkan pertambahan panjang yang besar. Tegangan yang paling besar yag dapat kita berikan tepat sesaat sebelum kawat patah disebut juga tegangan maksimum (ultyimate tensile stress). Sedangkan E adalah titik patah. Jika tegangan yang kita berikan mencapai titik E, maka kawat tersebut akan patah karenanya.
Dan untuk selanjutnya, bila kita memperhatikan grafik kembali dan memperhatikan dalam daerah OA, maka grafik berbentuk garis lurus. Dimana perbandingan antara tegangan dan regangan adalah konstan. Konstanta inilah yang disebut sebagai modulus elastis atau modulus young. Dengan demikian, modulus elastis suatu bahan (E) didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan.



Modulus Elastisitas beberapa zat

Zat Modulus elastis
E (N/m²)
Besi 100 x 10
Baja 200 x 10
Batu bara 14 x 10
Marmer 50 x 10
Kayu 10 x 10
5.Tegangan Tarik, Tegangan Tekan, Tegangan Geser
Ada tiga jenis tegangan yang dikenal, yaitu tegangan tarik, tegangan tekan dan tegangan geser. Pada tegangan tekan, kedua ujung benda akan mendapatkan gaya yang sama besar dan berlawanan arah. Tapi, walau pemberian gaya dilakukan di ujung-ujung benda, seluruh benda akan mengalami peregangan karena tegangan yang diberikan tersebut.
Berbeda halnya dengan tegangan tarik, tegangan tekan berlawanan langsung dengan tegangan tarik. Materi yang diberi gaya bukannya ditarik, melainkan ditekan sehingga gaya-gaya akan bekerja di dalam benda, contohnya sepeti tiang-tiang pada kuil Yunani.
Tegangan yang ketiga adalah tegangan geser. Benda yang mengalami tegangan geser memiliki gaya-gaya yang sama dan berlawanan arah yang diberikan melintasi sisi-sisi yuang berlawanan. Misalkan sebuah buku atau batu-bata terpasang kuat dipermukaan. Meja memberikan gaya yang sama dan berlawanan arah sepanjang permukaan bawah. Walau dimensi benda tidak banyak berubah, bentuk benda berubah.






Tiga jenis tegangan

Bila ketiga tegangan tersebut diberikan terlalu besar, melebihi kekuatan benda, maka benda tersebut akan patah.


6.Hukum Hooke
Percobaan yang kita lakukan pada dasarny adalah untuk mengetahui hubungan kuantitatif antara gaya yang dikerjakan pada pegas dengan pertambahan panjangnya. Setiap panjang pegas ketika diberi gaya tarik dengan panjang awalnya disebut pertambahan panjang. Jika dibuat grafik gaya tarik terhadap perubahan panjang, maka akan anda dapatkan grafik membentuk sebuah garis linier.
Hukum Hooke sendiri berbunyi, “Jika gaya tarik tidak melampui batas elastis pegas, maka pertambahan panjang pegas berbanding lurus (sebanding) dengan gaya tariknya”. Pernyataan ini dikemukakan oleh Robert Hooke, seorang arsitek yang ditugaskan membangun kembali gedung-gedung di London yang mengalami kebakaran pada tahun 1666. Oleh karena itu, pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Hooke. Hukum Hooke dapat dirumuskan sebagai berikut
F = k ∆x

7.Tetapan Gaya Benda Elastis
Tetapan gaya benda elastis dalam hukum Hooke dilambangkan dengan simbol k. Perlu anda ketahui bahwa tetapan gaya k adalah tetapan umum yang berlaku untuk benda elastik jika diberi gaya yang tidak melampui titik A (batas hukum Hooke).
Gaya tarik F yang dikerjakan pada benda padat, dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.


Dan hukum Hooke sebagai berikut F = k ∆x
Dari kedua persamaan diatas, kita dapat mensubtitusikannya sehingga akhirnya akan didapat sebuah rumus untuk menghitung tetapan gaya k, yaitu.


Dengan A adalah luas penampang (m²), E adalah modulus elastis bahan (N/m²), dan L adalah panjang bebas dari benda (panjang benda saat belum ditarik)

BAB III
METODA PRAKTIKUM

III.1.Alat dan Bahan
Dua utas kawat.
Perangkat baca skala utama dan nonius.
Seperangkat beban.
Mistar panjang.
Mikrometer sekrup.
Kertas grafik mm.

III.2.Prosedur Praktikum
Gantungkanlah kedua utas tali dan dilengkapi dengan perangkat baca. Agar kawat menjadi lurus, bebani kedua utas kawat dengan beban yang tidak terlalu besar.
a. Ukur panjang salah satu kawat yang akan ditentukan Modulus Youngnya.
b. Ukur diameter kawat.
c. Catat kedudukan skala nonius terhadap skala.
Tambahilah beban pada salah satu kawat berturut-turut dengan penambahan massa 0,5 kg pada setiap penambahan beban.
d. Pada setiap penambahan beban, setelah beberapa saat (kira-kira 10 detik), catatlah kedudukan nonius. Lakukan penambahan sampai 3 Kg.
e. Hitung pertambahan panjang untuk tiap penambahan beban.
Setelah selesai penambahan beban, kurangi beban berturut-turut dengan pengurangan massa 0,5 Kg tiap pengurangan beban.
f. Pada tiap pengurangan beban, tunggu beberapa saat kemudian catatlah kedudukan nonius.
g. Hitung pengurangan beban.
Hitung tegangan tarik dan regangan tarik pada setiap langkah penambahan dan pengurangan beban.
Buatlah grafik pada kertas mm hubungan antara tegangan tarik dan regangan tarik dan tentukan Modulus Young dari grafik itu.








BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1.Hasil Pengamatan
Data awal :
- Panjang kawat (L) = (7 x 10-2 ± 5 x 10-4)m
- Jari-jari kawat (r) = (1,6 x 10-4± 5 x 10-6)m
- Luas penampang (A) = (8,04 x 10-8± 5 x 10-6)m
- Skala nonius awal (Lo) = (4,6 x 10-2± 5 x 10-4)m

Tabel Penambahan Beban

m (Kg) F = m g
(N) Lt
(m) ∆L= Lt - Lo
(m) Tegangan=F/A
(N/m) Regangan
∆L/L
0,5 4,89 4,8 x 10-2 0,2 x 10-2 60,82 x 106 2,85 x 10-2
1,0 9,78 5,1 x 10-2 0,5 x 10-2 12,16 x 107 7,14 x 10-2
1,5 14,67 5,5 x 10-2 0,9 x 10-2 18,25 x 107 12,86 x 10-2
2,0 19,56 6 x 10-2 1,4 x 10-2 24,33 x 107 2 x 10-1
2,5 24,45 6,5 x 10-2 1,9 x 10-2 30,41 x 107 2,71 x 10-1
3,0 29,34 7,1 x 10-2 2.5 x 10-2 36,49 x 107 3,57 x 10-1


Tabel Pengurangan Beban

m (Kg) F = m g
(N) Lt
(m) ∆L= Lt - Lo
(m) Tegangan=F/A
(N/m) Regangan
∆L/L
3,0 29,34 7,1 x 10-2 2,5 x 10-2 36,49 x 107 3,57 x 10-1
2,5 24,45 7 x 10-2 2,4 x 10-2 30,41 x 107 3,43 x 10-1
2,0 19,56 7 x 10-2 2,4 x 10-2 24,33 x 107 3,43 x 10-1
1,5 14,67 7 x 10-2 2,4 x 10-2 18,25 x 107 3,43 x 10-1
1,0 9,78 6,9 x 10-2 2,3 x 10-2 12,16 x 107 3,28 x 10-1
0,5 4,89 6,7 x10-2 2,1 x 10-2 60,82 x 106 3 x 10-1

E Penambahan
E = (F/A)/(∆L/L)
E = (21,287 x 107)/(1,76 x 10-1)
E = 12,09 x 108 N/m

E Pengurangan
E = (F/A)/(∆L/L)
E = (21,287 X 107)/(3,36 X 10-1)
E = 6,33 X 108 N/m2

E rata-rata
= (Epenambahan + Epengurangan) / 2
= (12,09 x 108 + 6,33 x 108) / 2
= 9,21 x 108 N/m²

Selisih nilai E
= Epenambahan - Epengurangan
= (12,09 x 108)-(6,33 x 108)
= 5,76 x 108 N/m²










Grafik Modulus Young





Pencarian nilai Modulus Young (E) melalui grafik

Dengan menghitung memakai kalkulator, dapat ditentukan bahwa nilai Modulus Young adalah:
Untuk grafik penambahan beban : E = 9,09 x 108 N/m²
Untuk grafik pengurangan beban : E = 51,5 x 108 N/m²

Sedangkan dengan menghitung secara manual, dapat ditentukan nilai Modulus Young sebagai berikut:
Untuk grafik penambahan beban





Untuk grafik pengurangan beban




Perbandingan antara hasil perhitungan manual dan kalkulator.
Setelah dilakukan penghitungan secara manual dan menggunakan kalkulator, didapat hasil yang berbeda. Untuk grafik penambahan beban, secara manual didapat hasil 9,26 x 108 N/m² sedangkan dari kalkulator didapat hasil 9,09 x 108 N/m². Tetapi walaupun berbeda, nilainya agak dekat dan tidak terlalu menyimpang.
Demikian juga halnya dengan grafik pengurangan beban. Walaupun hasilk perhitungan berbeda, tetapi perbedaannya tidak terlalu jauh. Dari perhitungan manual didapaty hasil perhitungan 53,35 x 108 N/m² sedangkan dari kalkulator didapat hasil sebesar 51,5 x 108 N/m².




IV.2.Pembahasan
Setelah melaksanakan praktikum, ternyata didapat hasil-hasil tadi. Dan ternyata hasil praktikum ini tidak sesuai dan agak menyimpang dari teori-teori yang ada. Yang pertama bisa dilihat dari hasil pengamatan pada tabel penambahan berat beban. Memang, setiap ditambah beban kawat selalu bertambah panjang, tetapi saat dituliskan dalam grafik, grafik memang linier, tetapi agak bengkok, sehingga tidak konstan, padahal dalam teori seharusnya grafik tersebut linier dan bernilai konstan.
Selanjutnya dalam tabel pengurangan berat beban, didapat hasil yang sangat menyimpang dari teori. Dalam teori disebutkan bila beban/gaya dikurangi, maka kawat akan kembali ke ukuran semula. Tetapi dalam praktikum kenyataannya lain. Setiap pengurangan beban, kawat hanya mengendur sedikit, bahkan saat pengurangan dari 2,5 Kg ke 1,5 Kg kawat sama sekali tidak berubah panjangnya. Dan setelah beban diambil semua, ternyata kawat ada di skala 6,7 cm, padahal skala awal tadinya adalah 4,6 cm. Sehingga saat tabel ini dibuat grafiknya, grafiknya sama sekali tidak linier. Grafiknya malah tidak beraturan.
Kedua hal diatas dimungkinkan karena faktor alat terutama kawatnya. Hal ini dimungkinkan karena kondisi kawatnya yang sudah jelek dan keelastisannya sudah berkurag bahkan cenderung sudah berubah menjadi benda dengan sifat plastik. Kawat ini harusnya bersifat elastis, dimana kawat ini diberi gaya bentuknya akan berubah dan kembali kebentuk semula bila gaya dilepaskan.
Tetapi sekarang kawat itu sudah bersifat plastik, sehingga saat bentuk berubah ketika diberi gaya dan saat gaya itu dilepaskan dari kawat, kawat tidak kembali ke bentuk dan ukuran semula. Akhirnya hal itu membuat data-data yang didapat saat pengamatan menjadi tidak akurat.
Karena ketidak tepatan data-data yang diperoleh saat praktikum inilah yang membuat nilai E (modulus young) menjadi tidak akurat. Terbukti adanya perbedaan nilai modulus young saat dihitung baik dengan menggunakan cara manual atau dengan memakai kalkulator.



BAB V
PENUTUP

V.1.Kesimpulan
Dari praktikum Modulus Young ini, dapat disimpulkan beberapa hal:
Modulus Young meruipakan perbandingan antara tegangan tarik dan regangan tarik.
Benda elastis adalah benda yang kembali ke bentuk semula bila gaya dihilangkan.
Gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang dan dapat dirumuskan dengan persamaan F = k ∆x
Benda plastik adalah benda yang tidak kembali ke bentuk semula saat gaya dilepaskan.
Bila gaya yang diberikan pada benda melampui batas kekuatan benda, benda akan patah.


V.2.Saran
Disarankan pada setiap orang yang akan melaksanakan praktikum Modulus Young harus memahami dulu konsep dan prinsip dari hukum Hooke, tegangan dan regangan. Selain itu, bila ingin mendapat data yang akurat, disarankan menggunakan alat yang masih baik.



Daftar Pustaka

Giancoly, Douglas. 2001. Fisika. Erlangga:Jakarta.
Kanginan, Martheen. 2004. Fisika SMA 2A. Erlangga:Jakarta.
Zaida, Drs.,M.Si. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Faperta UNPAD

0 komentar:

Poskan Komentar