Statika adalah bagian dari mekanika. Statika membahas kesetimbangan benda di bawah pengaruh gaya, sedangkan dinamika membahas gerakan benda. Ada beberapa konsep dasar dalam mempelajari mekanika.
Konsep-konsep Dasar Mekanika
Konsep-konsep dasar dari mekanika meliputi ruang, waktu, massa, gaya, partikel, dan benda tegar.
Ruang adalah daerah geometri yang ditempati oleh benda yang posisinya digambarkan oleh pengukuran linier dan anguler relatif terhadap sistem koordinat. Untuk persoalan tiga dimensi, ruang membutuhkan tiga koordinat bebas, sedangkan untuk persoalan dua dimensi diperlukan hanya dua koordinat saja. Ruang dapat dimasukkan dalam analisis persoalan statika.
Waktu adalah ukuran persitiwa yang berurutan dan merupakan besaran dasar dalam dinamika. Waktu tidak dapat dimasukkan langsung dalam analisis persoalan statika
Massa adalah ukuran kelembaman benda, yang merupakan penghambat terhadap perubahan kecepatan. Massa merupakan hal penting untuk persoalan statika, karena massa juga merupakan sifat setiap benda yang mengalami gaya tarik-menarik dengan benda lain.
Gaya adalah aksi suatu benda terhadap benda lain. Suatu gaya cenderung menggerakkan sebuah benda menurut arah kerjanya. Aksi sebuah gaya dicirikan oleh besarannya, arah kerjanya, dan titik kerjanya. Aksi sebuah gaya pada suatu benda dapat digolongkan ke dalam dua pengaruh yakni luar (eksternal) dan dalam (internal)..
Sebuah benda yang dimensinya dapat diabaikan disebut partikel. Dalam pengertian matematis, sebuah partikel adalah benda yang dimensinya mendekati nol, sehingga dapat dianalisis sebagai massa titik. Partikel tidak dapat dimasukkan dalam analisis persoalan statika.
Benda tegar, jika gerakan relatif antar bagian-bagiannya dapat diabaikan langsung. Statika terutama membahas perhitungan gaya luar yang bekerja pada benda tegar yang berada dalam kesetimbangan.
Istilah terkait mekanika : atom mekanika kuantum, mekanika 1, mekanika fisika, mekanika tanah, soal mekanika, teori atom, teori kuantum, teori mekanika kuantum, fluida. mekanika kuantum, mekanika fluida, mekanika teknik
Konsep Dasar Kesetimbangan
Benda dikatakan mencapai kesetimbangan jika benda tersebut dalam keadaan diam/statis atau dalam keadaan bergerak beraturan/dinamis.
Ditinjau dari keadaannya, kesetimbangan terbagi dua, yaitu:
1. Keseimbangan translasi
2. Keseimbangan Rotasi
Macam Kesetimbangan Statis :
1. Kesetimbangan Stabil: setelah gangguan, benda berada pada posisi semula.
2. Kesetimbangan Labil: setelah gangguan, benda tidak kembali ke posisi semula
3. Kesetimbangan Indiferen (netral): setelah gangguan, titik berat tetap benda tetap pada satu garis lurus seperti semula
Agar benda setimbang akibat pembebanan diperlukan titik tumpuan. Arah reaksi titik tumpuan tersebut tergantung dari posisi beban dukung serta jenis titik tumpuan yang digunakan. Adapun janis-jenis tumpuan yang dipakai sebagai berikut:
1. Rol
2. Sendi engsel dan jepit
Gambar 1.4. Jenis Tumpuan dan arah reaksinya
Untuk menghitung besarnya reaksi tumpuan dapat dilakukan dengan cara analitis (perhitungan) dan cara grafis (gambar).
Istilah terkait kesetimbangan : benda tegar, kesetimbangan benda, kesetimbangan benda tegar, kesetimbangan fisika, kesetimbangan reaksi, kesetimbangan reaksi kimia, pengertian kesetimbangan, reaksi kimia, soal kesetimbangan, soal kimia, kesetimbangan kimia, kimia
Konsep Dasar Tegangan dan Regangan
Proses pembentukan secara metalurgi merupakan proses deformasi plastis. Deformasi plastis ini artinya adalah apabila bahan mengalami pembebanan sewaktu terjadinya proses pembentukan , dimana setelah beban dilepaskan maka diharapkan pelat tidak kembali kekeadaan semula. Bahan yang mengalami proses pembentukan ini mengalami peregangan atau penyusutan. Terbentuknya bahan inilah yang dikatakan sebagai deformasi plastis. Kondisi proses pembentukan dengan deformasi plasitis ini mendekatkan teori pembentukan dengan Teori Plastisitas.
Teori Plastisitas membahas prilaku bahan pada regangan dimana pada kondisi tersebut Hukum Hook tidak berlaku lagi. Aspek-aspek deformasi plastis membuat formulasi matematis teori plastisitas lebih sulit daripada perilaku benda pada elastis. Pada hasil uji tarik sebuah benda uji menunjukan grafik tegangan regangan yang terbentuk terdiri dari komponen elastis yang ditunjukan pada garis linear dan kondisi plastis ditujukan pada garis parabola sampai mendekati putus. Deformasi elastis tergantung dari keadaan awal dan akhir tegangan serta regangan. Regangan plastis tergantung dari jalannya pembebanan yang menyebabkan tercapainya keadaan akhir. Gejala pengerasan regang (strain hardening) sewaktu pelat mengalami proses pembentukan sulit diteliti dengan pendekatan teori plastisitas ini.
Bahan anisotropi plastis, histeristis plastis dan efek Bauschinger tidak dapat dibahas dengan mudah oleh teori plastisitas. Teori plastisitas telah menjadi salah satu bidang mekanika kontinum yang paling berkembang, dan suatu kemajuan untuk mengembangkan suatu teori dalam rekayasa yang penting. Analisis regangan plastis diperlukan dalam menangaini proses pembentukan logam. Teori plastisitas ini didasari atas pengujian tarik, dimana pengujian tarik ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari suatu bahan.
Gambar 1.5. Sebuah benda diberi gaya tarik
Prinsip dasar pengujian tarik yang dilakukan ini adalah dengan melakukan penarikan terhadap suatu bahan sampai bahan tersebut putus/patah. Gaya tarik yang dikenakan pada spesimen benda uji sejajar dengan garis sumbu sepesimen (bahan uji) dan tegak lurus terhadap penampang spesimen. Spesimen dibuat dengan standar dimensi yang sudah ditentukan menurut BS, ISO, ASTM dan sebagainya. Sebelum dan sesudah melakukan pengujian terhadap benda uji ini biasanya semua dimensi dari benda uji dianalisis lebih lanjut.
Pengujian tarik merupakan pengujian terpenting dalam pengujian statis. Secara skematis hasil pengujian tarik untuk logam diperlihatkan pada gambar 1.5 di bawah ini:
Gambar 1.6. Grafik Tegangan Regangan (Sardia & Kenji, 1984)
Hasil pengujian tarik ini diperlihatkan pada gambar grafik tegangan regangan. Grafik tegangan regangan merupakan gambaran karakteristik suatu bahan yang mengalami tarikan. Pada grafik tegangan regangan ini dapat memberikan acuan pada seorang perencana dalam menentukan dimensi komponen mesin yang akan digunakan. Jika komponen mesin yang akan digunakan untuk beban yang tidak boleh melebihi batas luluhnya maka tegangan yang diizinkan tidak boleh melebihi dari batas proposionalnya yakni: pada saat terjadinya mulur/luluh. Batas proporsional ini disebut juga dengan batas elastisitas yang artinya apabila spesimen di tarik maka akan mengalami pertambahan panjang, jika beban dilepaskan pada batas elastisitas ini maka sepesiemen akan kembali kekeadaan semula. Pada batas proporsional atau batas elastis berlaku hukum Hooke:
dimana :
E = Modulus elastisitas yang merupakan konstanta bahan
ε = Regangan
σ = Tegangan
δL = Pertambahan panjang material
Lo = Panjang mula-mula dari material
F = Beban tarik
Ao = Luas penampang awal material
Untuk menghitung tegangan ( σ ) dan regangan (ε) digunakan rumus :
dimana :
F = gaya (Newton)
Ao = luas penampang awal (m2)
Lo = panjang mula-mula (m)
δL = perpanjangan (m)
Reduksi penampang dihitung dengan menggunakan rumus :
dimana:
Q = reduksi penampang dalam persen
Ao = luas penampang awal
Af = luas penampang
Apabila deformasi terjadi memanjang, terjadi pula deformasi penyusutan yang melintang. Kalau regangan melintang (lateral strain) εr perbandingannya dengan e (linear strain); disebut perbandingan Poisson, dinyatakan dengan µ, µ = εr/ ε (Dieter, 1986)
Dalam kenyataan, harga µ bagi bahan berkristal seperti logam kira-kira 1/3, dapat ditentukan dengan perhitungan terperinci dari hubungan antara konfigurasi atom dan arah tegangan.
Apabila batang uji menerima deformasi elastis karena tarikan, volumenya menjadi Vt= V+∆V, dimana ∆V adalah pertambahan volume akibat spesimen mengalami tarikan. Perbandingan pertambahan volume dengan volume awal yakni : ∆V/V disebut juga dengan regangan volume (volumetric strain). Perbandingan tegangan dengan regangan volume disebut Modulus elastisitas Bulk (Dieter, 1986).
Modulus elastik Bulk (K) Jika εV = 1/3 maka K = ε / 3 yang artinya dalam deformasi elastik volume mengembang. Dalam hal geseran, regangan γ mempunyai hubungan dengan tegangan geser τ yaitu: τ = G x γ (Dieter,1986), G disebut sebagai modulus geser (modulus of rigidity).
Jika dilihat dari gambar grafik tegangan dan regangan memperlihatkan bahwa sesudah garis linear muncul daerah luluh dan selanjutnya garis membentuk lengkungan sampai putus. Garis melengkung inilah merupakan fungsi dari Modulus elastisitas Bulk yang digunakan pada prinsip pembentukan.
Suatu modulus elastik ditentukan oleh gaya antar atom karena itu dalam hal kristal tunggal sangat dipengaruhi oleh arah konfigurasi atom tetapi sukar dipengaruhi oleh cacat dan ketakmurnian. Kalau dilihat hanya dari antar-aksi dua atom logam, diameter rata-rata dari atom kira-kira 3 X 10-10 m. dan gaya antar atom biasanya 10 -4 N, 10 -4/(3X 10_,0)2£= 101S N/m2, seharusnya dalam orde 100 GPa.
Gambar 1.7. Kurva Tegangan dan Regangan di Daerah Elastik (Dieter,1986)
Gambar di atas menunjukkan hubungan antara tegangan dan regangan dalam daerah elastik mempergunakan karet sebagai model dari bahan amorf dan logam polikristal sebagai model dari bahan berkristal. Pada logam, daerah elastik dinyatakan oleh bagian lurus dari hubungan tersebut dan gradiennya sebagai modulus elastik. Secara teknik batas daerah tersebut ditentukan oleh regangan sisa apabila beban ditiadakan seperti ditunjukkan dalam gambar. Harga ini dinamakan batas elastis.
Gambar.1.8. Hubungan Tegangan-Regangan pada Bahan Mulur Kontinu (Dieter,1986)
Kekuatan mulur didapat pada tegangan yang menyebabkan perpanjangan 0,2%. Bagian lurus kurva atau modulus elastis, tidak akan berubah karena ada deformasi plastis. Untuk mendapat tegangan mulur, ukurkan deformasi 0,2% dari titik nol ada sumbu regangan, kemudian tarik garis sejajar dengan bagian kurva yang lurus memotong kurva pada titik C, tinggi titik C menyatakan tegangan mulur. Cara ini dinamakan metode off set atau disebut metode tegangan mulur atau tegangan uji 0,2%. Kalau bahan dideformasikan pada temperatur sangat rendah dibandingkan dengan titik cairnya, maka pengerasan terjadi mengikuti deformasinya. Gejala ini dinamakan pengerasan regangan atau pengerasan kerja.
Pengerasan regangan terjadi selama pengujian tarik, dan karena regangan bertambah, maka kekuatan mulur, kekuatan tarik dan kekerasannya, meningkat, sedangkan hantaran listrik dan masa jenisnya menurun. Kristal logam mempunyai kekhasan dalam keliatan yang lebih besar dan pengerasan regangan yang luar bisa. Sebagai contoh, kekuatan mulur baja lunak sekitar 180 MPa, yang dapat ditingkatkan sampai- kira-kira 900 MPa oleh pengerasan regangan. Hal ini merupakan sesuatu yang berguna.
Istilah terkait tegangan dan regangan : arus, arus dan tegangan, arus listrik, pengertian tegangan, rumus tegangan, sumber tegangan, tegangan ac, tegangan adalah, tegangan dc, tegangan permukaan, listrik, tegangan listrik, tegangan tinggi, elastisitas, pengertian regangan, regangan dan tegangan, senaman regangan, tegangan, tegangan regangan
Mengenal Dasar Gaya Geser dan Bengkokan
Pengaruh sebuah gaya pada sebuah benda dapat menyebabkan kecendrungan untuk menggerakkan benda (tarik, tekan) dan memutar benda (rotasi). Kecendrungan untuk memutar tersebut merupakan pengaruh gaya terhadap benda yang ditinjau dari titik tertentu atau titik perputaran yang letaknya pada benda diluar garis gaya tersebut. Pengaruh putaran ini disebut momen yang besarnya ditentukan oleh besar gaya dan lengan momen.
Jika sejumlah gaya bekerja pada suatu gelagar (beam) yang mendapat tumpuan setiap ujungnya gaya akan menyebabkan terjadinya bengkokan, maka momen yang timbul disebut momen bengkok. Besarnya momen bengkok dapat dihitung dengan rumus:
Dimana:
M = Momen bengkok
σ = Tegangan bengkok
I = Momen inersia
E = Modulus elastisitas
y = jarak maksimum dari sumbu
r = Jari-jari
Jika y merupakan jarak maksimum dari sumbu, maka I dibagi y adalah modulus penampang Z, sehingga tegangan maksimum pada penampang diperoleh:
Dengan demikian, momen bengkok (M) dari suatu penampang sama dengan tegangan maksimum yang diizinkan dikalikan dengan modulus penampang (Z).
Mengenal Dasar Puntiran (Torsi)
Ketika sebuah poros menerima suatu puntiran, maka setiap bagian adalah dalam keadaan geser. Poros akan terpuntir dan resultan tegangan geser dari regangan ini akan menghasilkan suatu momen tahanan (moment of resistance), sama besar dan berlawanan arah dengan torsi yang diaplikasikan. Regangan geser berbanding langsung dengan radius dan karenanya mengikuti hukum Hooke. Tegangan juga berbanding langsung dengan radius.
Perhitungan momen puntir dapat dilakukan dengan rumus:
dimana:
T = Torsi (puntiran)
τ = Tegangan geser
J = Momen lembam inersia
r = Jari-jari
G = Modulus geser
θ = Sudut puntir
L = Panjang batang
Istilah terkait torsi : gaya torsi, momen inersia, momen torsi, pengertian torsi, rumus torsi, soal torsi, torsi adalah, torsi fisika, torsi maksimum, torsi mesin, torsi motor
Tidak ada komentar:
Posting Komentar