lks moduluis elastisitas

PERCOBAAN 3

MODULUS ELASTISITAS

1.     Tujuan

Menentukan modulus elastisitas zat padat

2.     Alat dan Bahan

a.      Beban yang bervariasi 100 - 5000 g

b.     Mistar

c.      Mikrometer

d.     Jangka sorong

e.      Tonggak penyangga

f.      Kawat nikelin

g.     Kawat tembaga

3.     Dasar Teori

Elastisitas

Suatu benda dapat mengalami perubahan ketika sebuah gaya diberikan padanya. Salah satu bentuk perubahan tersebut adalah perubahan panjang. Sifat benda dimana benda yang akan kembali ke bentuk semula ketika gaya yang bekerja pada benda itu dihilangkan disebut sifat elastisitas benda. Elastisitas dapat didefinisikan sebagai kemampuan benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya yang  bekerja pada benda tersebut dihilangkan (Giancolli, 1998). Sifat elastik kearah panjang dari suatu benda diketahui dari besar konstanta elastisitas panjang bahan yang biasa disebut modulus Young. 

Tegangan dan Regangan

Tegangan tarik menyatakan kekuatan dari gaya yang menyebabkan penarikan sebuah kawat yang biasanya dinyatakan dalam bentuk gaya per satuan luas (Sears dan Zemansky, 2004)

                                                           (1)

dengan F adalah gaya yang diberikan pada kawat. Bila penampang kawat  berbentuk lingkaran, maka luas penampang kawat dapat dinyatakan dalam diameter,

                                                                    (2)

Berbagai percobaan pada pertambahan panjang kawat ∆L kecil menunjukkan bahwa pertambahan panjang kawat sebanding dengan berat beban atau gaya yang diberikan pada kawat tersebut, 

                                                                      (3)

dengan k adalah konstanta. Persamaan (3) disebut hukum Hooke. Persamaan tersebut ternyata berlaku untuk semua materi padat, tetapi hanya sampai batas tertentu, karena jika gaya yang bekerja terlalu besar, logam meregang terlalu besar dan akhirnya patah. Gambar 1 menunjukkan grafik yang khas pertambahan panjang terhadap gaya yang diberikan pada logam sampai suatu titik yang disebut batas proporsional. Batas proporsional merupakan batas perubahan kemiringan pada grafik F terhadap ∆L, dan disebut juga batas linier. Pada daerah elastik, grafiknya berupa garis lurus. Setelah melewati batas linier ini grafik menyimpang dari garis lurus. Besar pertambahan panjang ∆L tidak hanya bergantung pada gaya yang diberikan padanya, tetapi juga pada bentuk benda dan ukurannya.

Gambar 1. Grafik gaya yang diberikan terhadap pertambahan panjang (Giancoli, 1998).

Percobaan menggunakan kawat baja halus dan besi menunjukkan bahwa molekul-molekul pada kawat begeser satu sama lain segera setelah beban melampaui batas elastik, dan bahan berubah menjadi plastis (Nelkom dan Parker, 1987). Ketika pertambahan panjang masih berada pada batas elastik, yaitu ketika hukum Hooke masih berlaku, atom yang mengalami sedikit pergeseran akan kembali ke posisi semula jika gaya yang diberikan dihilangkan. Regangan tarik (e) adalah perubahan relatif panjang sebuah kawat yang mengalami tegangan tarik ,

                                                                       (4)

Hubungan  antara tegangan dan regangan merupakan bentuk kesebandingan satu sama lain, 

                                                                       (5)

dengan s adalah tegangan, konstanta kesebandingan E adalah modulus Young, dan e adalah regangan. Dari persamaan (1), (4) dan (5) diperoleh:

Jika pada kawat vertikal diberikan beban bermassa  m,  maka gaya berupa gaya berat F = mg,   sehingga :

                                                             (7)

Apabila kawat dipasang pada posisi vertikal yang kemudian diberi beban dengan massa m, maka akan diperoleh hubungan sebagaimana persamaan (7). Grafik pertambahan panjang DL terhadap massa beban yang digantungkan m akan linier pada daerah elastis, dengan kemiringan 

Dalam menentukan modulus Young, E dapat digunakan kawat (tembaga, besi, nikelin, atau yang lain) kecil, dengan mengamati pertambahan panjang kawat ketika kawat ditarik dengan sebuah gaya. Gaya diberikan dengan cara memberi beban pada ujung kawat. Metode yang digunakan dapat dengan mengamati ∆L dengan panjang kawat mula-mula dan diameter tetap tetapi massa beban divariasi, atau dengan mengamati ∆L dengan massa beban  dan diameter tetap tetapi panjang kawat mula-mula divariasikan. 

LANGKAH PERCOBAAN:

1.     Periksa jenis bahan kawat yang akan digunakan.

2.     Ukurlah diameter kawat dengan mikrometer, panjang mula-mula, pasanglah kawat pada statif yang kuat dan persiapkan beban untuk memberikan gaya pada kawat.

3.     Catatlah panjang kawat pada posisi tersebut, dimana kawat harus terpasang vertikal dan seluruh kawat dalam keadaan lurus.

4.     Tambahkan beban secara bertahap (penambahan 500 gram), ukur panjang kawat. Lakukan sampai beban 2,5 kg

5.     Ambil beban, secara bertahap dan tunggu sekitar 15 detik. Setelah itu catat panjang kawat. Lakukan sampai semua beban dilepaskan.

6.     Hitung penambahan panjang kawat saat penambahan beban dan saat beban dikurangi sampai habis.

TUGAS PENDAHULUAN

Cari artikel yang berhubungan dengan judul praktikum yang akan dilakukan

LAPORAN

1. Hitung tegangan dan regangan tarik pada setiap langkah penambahan dan pengurangan beban.
2. Buatlah grafik hubungan antara tegangan dan regangan tarik. Tentukanlah persamaan garis dari grafik tersebut dan tentukanlah Modulus Young bahan.
3. Jelaskan daerah elastisitas yang diperoleh dari grafik mengacu kepada hukum Hooke
4. Bandingkan modulus Young yang diperoleh dengan literatur, jelaskan !
5. Selain metode yang dilakukan ini, metode apa yang dapat digunakan untuk menghitung modulus Young dan jelaskan jawaban anda!