Studi Eksperimental dan Analisa Respon Mekanik Knalpot Komposit Bahan Polymeric Diperkuat Serat BKS Akibat Impak Jatuh Bebas

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Proses-Proses Produksi
Banyak proses dapat dipergunakan untuk menghasilkan sebuah produk yang

memeiliki bentuk,ukuran dan memiliki kualitas permukaan tertentu. Menurut
Agus Sutanto, proses manufaktur (atau dalam buku ini disebut juga proses
produksi) tersebut dapat dibagi atas 8 (delapan) kelompok besar yaitu:
1. Proses pengecoran (Casting processes)
2. Proses pembentukan (Forming processes)
3. Proses pemesinan (Machinning proceses)
4. Proses produksi polimer (Polymer processing)
5. Proses metalurgi serbuk (Powder metalurgy)
6. Proses penggabungan (Joining processes)
7. Proses penyelesaian akhir seperti heat treatment dan surface treatment
(Finishing Processes)
8. Proses perakitan (Assembly Processes)
2.1.1 Proses Produksi Polymer

Polimer atau dikenal sebagai plastik oleh kebanyakan orang adalah
material non logam yang terdiri dari molekul-molekul yang menyertakan
rangkaian satu atau lebih dari satu unit monomer. Polimer memiliki sifat yang
khas dibandingkan material lain yaitu polimer jauh lebih ringan, tahan korosi,
cukup kuat, murah dan mudah di bentuk menjadi bentuk komplek. Dengan sifat
ini banyak produk dibuat dengan memakai material polimer sebagai subtitusi
bahan logam.
Tipe polimer secara garis besar dapat dibedakan antara polimer
termoplastik, polimer termoset dan polimer elastomer. Polimer termoplastik
bersifat lunak dan viskos (viscous) pada saat dipanaskan dan menjadi keras dan
kaku (rigid) pada saat di dinginkan secara berulang-ulang. Sedangkan polimer
termoset hanya melebur pada saat pertama kali di panaskan dan selanjutnya
mengeras secara permanent pada saat didinginkan.polimer jenis elastomer,
misalnya karet alam, memiliki daerah elastis non linear yang sangat besar.

5
Universitas Sumatera Utara

Umumnya produk dengan bahan polimer dibuat dengan menggunakan proses
cetak tekan (injection molding), ekstruksi (proses ditekan panas melalui sebuah

orifice), Blow molding (diekstruksi membentuk pipa kemudian ditiup di dalam
cetakan) ataupun thermoforming (lembaran polimer yang dipanaskan ditekan
kedalam suatu cetakan ).

2.2

Komposit
Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan

kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan
material baru dengan sifat baru dan unik dibandingkan dengan sifat material dasar
sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material
penyusun.
Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan
jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam.
Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang
berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat.
Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas
yang lebih rendah. Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan
penguat yang digunakannya, yaitu:

1. Fibrous Composite (Komposit Serat). Merupakan jenis komposit yang
hanya terdiri dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan
penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers,
carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa
disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga
dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
2. Laminated Composite (Komposite Laminat). Merupakan jenis komposit
yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan
setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
3. Particulate Composite (Komposit Partikel). Merupakan komposit yang
menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara
merata dalam matriksnya.

6
Universitas Sumatera Utara

Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat bahan pembentuknya serta
ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain:
1. Bahan ringan, kuat dan kaku;
2. Struktur dapat berubah mengikuti perubahan keadaan sekitar;dan

3. Unggul dalam sifat–sifat bahan teknis yang dibutuhkan, kekuatan
yang tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap benturan.

Skema struktur komposit diperlihatkan pada Gambar 2.1 sebagai berikut :
Komposit

Komposit
Partikulat

Komposit
Serat

Komposit
Struktur

Partikel Besar

Berlanjut

Lapisan

Dispersi

Tidak
Berlanjut

Tumpuk

Gambar 2.1 Skema Struktur Komposit [4]

Ada dua hal yang perlu diperhatikan pada komposit yang diperkuat agar
dapat membentuk produk yang efektif, yaitu:
a. Komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi
daripada komponen matriksnya.
b. Harus ada ikatan permukaan yang kuat antara komponen penguat dan
matriks.
Bila peningkatan kekuatan menjadi tujuan utama, komponen penguat
harus mempunyai aspek rasio yang besar, yaitu rasio panjang/diameter harus
tinggi, sehingga beban diteruskan melintasi titik perpatahan potensial.Jadi, batang
baja ditanamkan dalam konstruksi beton. Demikian pula, serat gelas

dikombinasikan dengan resin, menghasilkan plastik yang diperkuat serat (RFP ).
Jelas bahwa bahan penguat merupakan komponen yang lebih kuat dan
memikul beban.Selain itu bahan penguat harus memiliki modulus elastisitas yang
7
Universitas Sumatera Utara

lebih tinggi. Di samping itu, ikatan antara matriks dan bahan penguat sangat kritis,
karena biasanya beban diteruskan dari matriks ke serat atau batang.
Agar bahan penguat dapat memikul beban, penguat harus memiliki
modulus Young yang lebih tinggi daripada matriks. Modulus elastisitas plastik
yang diperkuat serat, EFRP dapat dihitung dari fraksi volume rata-rata bila semua
serat sejajar dengan arah beban.
Tegangan geser setara juga timbul pada permukaan antara serat penguat
dan matriks plastik di sekitar nya.Pada hal ini tegangan geser ditahan oleh ikatan
kimia. Tegangan geser antar permukaan penting diperhatikan bila serat tidak
kontinu. Bila serat putus, tegangan secara otomatis mencapai nol pada ujung serat,
dan beban dialihkan ke matriks. Transfer berlangsung melalui tegangan geser
pada permukaan antara. Tegangan geser pada ujung serat sangat tinggi, dan
matriks yang lebih lemah harus memikul beban lebih ini.Oleh karena itu, serat
yang panjang dan kontinu sangat baik untuk komposit yang harus menanggung

beban. Serat halus dalam jumlah banyak lebih baik daripada serat kasar dalam
jumlah kecil, karena semakin halus serat semakin luas permukaan antara yang
dapat menanggung beban geser dan semakin kecil kemungkinan bahwa serat
menyebabkan kecacatan pada matriks. Akhirnya, matriks yang ulet lebih mudah
menyesuaikan diri dengan konsentrasi tegangan pada ujung serat dibandingkan
dengan matriks rapuh.
Karena komposit polimer ringan, bahan ini menarik perhatian ahli desain.
Meskipun komposit memiliki kekuatan tarik Su yang lebih rendah daripada logam,
rasio kekuatan/kerapatan, Su /ρ, tinggi.Namun, fungsi penguat pada beban tarik
dan beban tekan berbeda.Pada kompresi, rasio modulus elastisitas/kerapatan, E/ρ,
merupakan criteria desain yang lebih baik.
Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat
antaraserat dan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara
kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak
antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara
lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap
goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material
matrik. Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam

8

Universitas Sumatera Utara

komposit ada dua macam yaitu thermoplastik dan termoset. Termoplastik adalah
jenis plastik yang dapat didaur ulang, yaitu jika dipanaskan lagi memiliki sifat
plastis sehingga dapat dicetak lagi. Sebaliknya termoset jika dipanaskan akan
langsung mengeras dan menjadi arang, sehingga tidak dapat didaur ulang.

2.2.1

Proses Pembuatan Produk Komposit Matriks
Menurut Siswo, bahan polymer memiliki keunggulan daripada bahan

logam dan ceramic yakni lebih liat juga lebih murah tetapi juga memiliki
kekurangan antara lain kurang kuat, kurang baik terhadap suhu tinggi juga kurang
sesuai digunakan untuk menanggung beban tinggi. Oleh sebab itu sifat bahan
polymer ini harus diperbaiki lagi. Salah satu metode yang digunakan adalah
dengan mencampurkan bahan serat kedalamnya, yaitu dengan menjadikannya
komposit. Berbagai macam proses pembuatan produk komposit matriks polymer:
1. Cara Hand Lay-Up
Cara ini merupakan metode yang paling mudah dan murah namun lambat

dan membutuhkan tenaga kerja yang berpengalaman dan mahir. Prosesnya
dilakukan dengan tangan dan peralatan yang sederhana yakni roller dan kuas saja,
seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2. Bahan yang digunakan serat kaca sebagai
tulangan dan poliester resin sebagai matriksnya. Kebanyakan produk yang
dihasilkan adalah badan boat, sampan, tangki air, dan sebagainya.

Gambar 2.2 Cara Hand Lay Up [12]
2. Cara Semprot/Semburan
Semprotan/semburan dilakukan secara serentak dengan campuran serat
yang tak beraturan, biasanya serat kaca dan resin keatas permukaan mal
menggunakan alat penyemprot (spray gun) dengan tekanan yang sesuai. Roller
juga dipergunakan untuk meratakan dan mengeluarkan udara yang terperangkap,
seperti diperlihatkan pada Gambar 2.3.

9
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Cara Semprot/Semburan [12]
3. Cara Kantong Vakum (Vacuum Bag)
Melalui cara ini cairan komposit resin dan cetakan dimasukan kedalam

kantong atau membran yang lentur kemudian bagian dalam kantong dikeluarkan
dengan cara divakum, diperlihatkan Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Cara Kantong Vakum (Vacuum Bag) [12]
Ini menyebabkan tekanan atmosfir dari arah luar menekan kantong atau
membran secara seragam keatas resin komposit yang basah ini. Tekanan kerja
sekitar 383 kPa.
4. Cara Kantong Tekanan (Pressure Bag)
Cara kantong tekanan digunakan apabila dibutuhkan tekanan yang lebih
besar dari tekanan kantong vakum. Tekanan yang diberikan dari sebelah luar
seperti ditampilkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Cara Kantong Tekanan (Pressure Bag) [12]
5. Cara Autoklaf
Cara ini dilakukan apabila tekanan kerja melebihi dari kantong bertekanan.

10
Universitas Sumatera Utara

Tekanan yang diberikan dapat mencapai 1380 kPa, diperlihatkan pada Gambar 2.6

(a) dan (b).

Gambar 2.6 (a) dan (b) Cetakan Autoklaf [12]
Umumnya

produk

yang

dihasilkan

dengan

standar

aeronautical

dipergunakan antara lain untuk komponen struktur pesawat terbang (bagian ekor
dan sayap), mobil racing F1 dan raket tenis.
6. Cara Cetakan Suntik (Injection Moulding)
Metode suntikan sesuai untuk produksi masal tetapi hanya untuk
komponen kecil. Cara ini dapat menghemat tenaga kerja selain juga lingkungan
kerja yang bersih dan terjamin keselamatan kerja. Cara ini merupakan
penggabungan antara metode suntuk dan juga dibantu dengan alat vakum
(Gambar 2.7). produk yang dihasilakn banyak digunakan untuk komponen
otomotif dan tempat duduk kereta api.

Gambar 2.7 Cara Cetakan Suntikan (Injection Moulding) [12]
7. Cara Pultrusi (Pultrusion)
Pultrusi merupakan teknik pemprosesan istimewa yang menggabungkan
serat penguat dan resin matriks dalam alat yang sesuai untuk menghasilkan profil
penguatan dengan ketahanan membujur yang baik. Serat ditarik keluar melalui
rendaman resin juga melalui pewarna yang dipanaskan, seperti diperlihatkan
Gambar 2.8. Proses ini merupakan cara yang cepat dan ekonomis dimana
kandungan resin dan serat dapat diatur takarannya sesuai dengan yang diinginkan.
Sifat struktur juga sangat baik karena profil yang dihasilkan mempunyai serat
yang lurus dan pecahan isi paduan serat yang tinggi. Contoh produk yang

11
Universitas Sumatera Utara

dihasilkan adalah sambungan yang digunakan dalam struktur jembatan, tangga,
dan sebagainya.

Gambar 2.8 Proses Pultrusi (pultrusion) [12]

2.3

Knalpot
Knalpot merupakan alat untuk mereduksi kebisingan pada kendaraan.

Knalpot yang dipasang pada kendaraan mempunyai banyak macam dan jenis serta
ukuran. Masing– masing pabrik knalpot merancang sedemikian rupa bentuk dan
modelnya, sehingga sesuai dengan jenis kendaraan dan tipe kendaraan yang
dipesan oleh pabrik pemesanannya.

2.4

Material Komposit Penyusun Knalpot

2.4.1 Resin
Resin dalam penggunaan yang paling spesifik dari istilah adalah sekresi
hidrokarbon banyak tanaman, terutama jenis konifera pohon. Resin yang dinilai
untuk sifat kimia dan menggunakan terkait, seperti produksi pernis, perekat dan
glazing agent makanan. Mereka juga dihargai sebagai sumber penting bahan baku
untuk sintesis organik, dan sebagai konstituen dari dupa dan parfum. Resin
tanaman memiliki sejarah yang sangat panjang yang didokumentasikan di Yunani
kuno oleh Theophrastus, di Roma kuno oleh Pliny the Elder, dan terutama dalam
resin yang dikenal sebagai kemenyan dan mur, dihargai di Mesir kuno. Zat ini
yang sangat berharga, dan diperlukan sebagai dupa dalam beberapa ritual
keagamaan. Amber adalah resin fosil keras dari pohon-pohon tua.
Polyester resin BQTN 157-EX merupakan material polimer kondensat
yang dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok polyol, yang merupakan

12
Universitas Sumatera Utara

organik gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan
polycarboxylic yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang
digunakan adalah glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic
yang digunakan adalah asam phthalic dan asam maleic adapun jenis polyester
resin yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX

Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memiliki
struktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang berjenis ini memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukan. Struktur bahan yang dihasilkan berbentuk crosslink
dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik
dan impak. Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang dimiliki bahan dalam
bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang saling mengikat satu
dengan lainnya

mengakibatkan struktur molekulnya

menghasilkan efek

peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan data karakteristik
mekanik bahan polyester resin tak jenuh seperti terlihat pada Tabel 2.1 [6].

Sifat mekanik

Satuan

Besaran

Berat Jenis (ρ)

Mg.m-3

1,2 s/d 1,5

Modulus Young ( E)

GPa.

2 s/d 4,5

Kekuatan Tarik (σT)

(MPa)

40 s/d 90

Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.

13
Universitas Sumatera Utara

Umumnya resin thermosetting digunakan yang berpolimerisasi dengan
mencampur dengan bahan pengawet (katalis polimerisasi) pada suhu kamar dan
tekanan normal. Resin yang ditunjuk oleh analogi dengan resin tanaman, tetapi
monomer sintetis untuk membuat plastik polimer. Yang disebut resin sintetis yang
digunakan meliputi resin polystyrene, resin poliuretan, resin epoxy, polyester resin
tak jenuh, resin akrilik dan resin silikon.
Metode yang paling sederhana dalam pembentukan komposit polyester
resin tak jenuh adalah gravity casting di mana resin dituangkan ke dalam cetakan
dan terbentuk ke dalam semua bagian oleh gravitasi. Bila dua bagian resin
dicampur, gelembung udara cenderung terjadi di dalam cairan,hal tersebut dapat
dihilangkan dalam ruang vakum. Casting juga bisa dilakukan di ruang vakum
(bila menggunakan cetakan terbuka) untuk menghindari terbentuknya gelembung,
atau dalam panci tekanan. Penekanan pada cetakan dan/atau gaya sentrifugal
dapat digunakan untuk membantu mendorong cairan resin ke dalam semua bagian
dari cetakan. Cetakan juga dapat digetarkan untuk mengusir gelembung.
Resincasting adalah metode pengecoran plastik di mana cetakan diisi
dengan resin sintetik cair, yang kemudian mengeras. Bahan dan metode ini
banyak digunakan untuk membuat prototipe industry, produksi mainan, model,
dan action figure, serta produksi perhiasan skala kecil. Resin sintetis untuk proses
tersebut adalah monomer untuk membuat polimer thermosetting plastik. Selama
proses pengaturan, monomer berpolimerisasi cair ke dalam polimer, sehingga
mengeras menjadi solid.

2.4.2 Serat Batang Sawit
Menurut Rahmadhani, kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq) yaitu
merupakan tumbuhan dari ordo : Palmales, family : Palmaceae, sub family :
Cocoideae. Tumbuhan ini termasuk tumbuhan monokotil dengan ciri-ciri tidak
memiliki kambium, pertumbuhan sekunder, lingkaran tahun, sel jari-jari, kayu
awal, kayu akhir, cabang, mata kayu. Pertumbuhan dan pertambahan diameter
batang berasal dari pembelahan secara keseluruhan dan pembebasan sel pada
jaringan dasar parenkim serta pembesaran serat dari berkas pembuluh. Batang
terdiri dari serat dan parenkim. Pohon kelapa sawit produktif sampai umur 25

14
Universitas Sumatera Utara

tahun, ketinggian 9-12 meter dan diameter 45-65 cm yang di ukur pada ketinggian
1,5 meter dari permukaan tanah. Jika tanaman telah mencapai dari 12 meter sudah
sulit untuk dipanen, maka pada umumnya tanaman di atas 25 tahun sudah
diremajakan. Batang kelapa sawit memiliki jaringan parenkim dan serat.
Dewasa ini, pemanfaatan limbah batang kelapa sawit banyak digunakan
orang khususnya mahasiswa untuk penelitian material sebagai pengisi atau
penguat matriks dalam pembentukan komposit.
Komponen-komponen yang terkandung dalam kayu kelapa sawit adalah
selulosa, lignin, parenkim, air, dan abu dan pati [13]. Kandungan parenkim dan air
meningkat sesuai dengan ketinggiannya. Tingginya kadar air menyebabkan
kestabilan dimensi batang kelapa sawit rendah. Parenkim pada bagian atas pohon
mengandung pati hingga 40 % ini menyebabkan sifat fisik dan mekanik batang
kelapa sawit juga rendah, yaitu mudah patah, retak dan mudah diserang rayap
[13]. Kerapatan kayu batang kelapa sawit berkisar dari 0,2 g/ml sampai 0,6 g/ml
dengan kerapatan rata-rata 0,37 g/ml. Persentase kandungan dari kayu kelapa
sawit dapat dilihat pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Persentase Komponen-Komponen Kayu Kelapa Sawit
Komponen

Kandungan %

Air

12,5

Abu

2,25

SiO2

0,48

Lignin

17,22

Hemiselulosa

16,81

a-selulosa

30,77

Pentosa

20,05

*Sumber data: Rahmadhani Banurea (2011)

Nilai modulus elastisitas batang berkisar antara 19273,7-45957,1 kg/cm2
dengan rata-rata sebesar 29704,4 kg/cm2. nilai kekuatan tarik sejajar serat batang
berkisar antara 104,8-344,6 kg/cm2 dengan rata-rata sebesar 177,6 kg/cm2. nilai
kekuatan tekan sejajar serat berkisar antara 38,8-141,8 kg/cm2 dengan rata-rata
sebesar 61,1 kg/cm2.[11]

15
Universitas Sumatera Utara

2.4.3 Katalis
Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat
proses reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan
atmosfir.Jenis katalis yang digunakan adalah jenis Methyl Ethyl Keton Peroksida
(MEKPO), seperti diperlihatkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Katalis Mekpo

2.5

Pengujian Komposit
2.5.1

Uji Impak Jatuh Bebas

Uji standard yang dikenal saat ini diadopsi dari: SNI (Standar Nasional
Indonesia) 09-1811-1998 9 (Indonesia); JIS (Japanese Industrial Standard) T
8131-1977 (Jepang); ANSI (American National Standards Institute) Z 89.1-1997
(Amerika), dimana menggunakan test rig jatuh bebas yang dalam penelitian ini
digunakan alat uji impak jatuh bebas.

Gambar 2.11 Alat Uji Jatuh Bebas
16
Universitas Sumatera Utara

2.5.2

Gerak Jatuh Bebas

Benda jatuh tanpa kecepatan awal (vo = nol). Semakin ke bawah gerak
benda semakin cepat.Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu
sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi (a = g) (besar g = 9,8 ms -2
dan sering dibulatkan menjadi 10 ms-2).
Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif lebih kecil
dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan
kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan
ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama dan jika sebuah benda
tersebut ditembakkan keatas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama
setiap detik dengan perlambatan kebawahnya seragam.
Menurut Khurmi R.S, untuk menentukan kecepatan benda jatuh bebas
setiap detik akan diperoleh pendekatan seperti yang terlihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Waktu dan kecepatan benda jatuh
Waktu t
(s)

0

1

2

3

4

5

0

9,8

19,6

29,4

39,2

49

Kecepatan
v (m/s)

Dari data Tabel 2.3 dapat digambarkan sebuah grafik hubungan antara
kecepatan dan waktu yang juga merupakan sebuah persamaan garis lurus seperti
pada Gambar 2.12. Jadi percepatan seragam dapat diperoleh dengan persamaan
(2.1).
v

v  v0 49  0
m

 9,8  ........................................ (2.1)
5
t
s

17
Universitas Sumatera Utara

Kecepatan v (m/s)

Grafik v - t
60
50
40
30
Pers. Garis Lurus

20

10
0
0

2

4

6

Waktu t (s)

Gambar 2.12 Grafik hubungan v – t
Jika hambatan udara diabaikan maka gerak benda jatuh bebas tersebut dapat
dihitung dengan percepatan seragam melintas melalui sebuah garis lurus, sehingga
percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g. Untuk gerakan ke bawah nilai
percepatan identik dengan nilai positif dari gravitasi (+ g; yang berarti
percepatan), dan untuk gerakan ke atas nilai percepatan identik dengan nilai
positif dari gravitasi (-g; yang berarti perlambatan).

2.5.3

Gerak Lurus

Perpindahan adalah sebuah perubahan kedudukan ini merupakan besaran
vektor yang memiliki jarak dan arah.Percepatan dapat didefinisikan sebagai laju
perubahan kedudukan terhadap waktu. Ini juga merupakan besaran vektor yang
memiliki jarak, arah, dan waktu.
Percepatan seragam yang dimiliki partikel yang bergerak dengan
kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi
perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut walaupun
kecilnya perubahan waktu. Satuan perpindahan dapat diukur dengan meter (m),
dan kecepatan dapat diukur dalam meter /detik (ms-2), sedangkan percepatan
diukur dalam meter/detik kuadrat (ms-2) Persamaan gerak lurus percepatan
seragam dapat dijelaskan pada Gambar 2.13.

s  v.t

........................................................................ (2.2)

18
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.13 Diagram kecepatan – waktu
Perpindahan digambarkan dengan luas daerah dibawah grafik kecepatan – waktu.

v
a;
t

v  v0 

v
; v  v0  at .............................. (2.3)
t

Dengan mensubstitusikan v0  at  kedalam persamaan s  1 v0  v .t
2
maka

diperoleh

mensubstitusikan

jarak
waktu

perpindahan

t

v  v0
kedalam
a





sebesar s  v0 .t  1 .at 2 .Dengan
2
persamaan

s 1

2

v0  v .t ,

diperoleh rumus kecepatan v2 = vo2 + 2as. Jika vo = 0, maka v2 = 2.as, sehingga
persamaan menjadi:

V  2as ....................................................................... (2.4)
Untuk kasus jatuh bebas maka a = g dan s = h, sehingga besarnya
kecepatan diperoleh dengan persamaan (2.5).

V  2 g.h .................................................................... (2.5)
Dimana:
v = kecepatan benda jatuh bebas, (m/s).
g = gaya grafitasi, (m/s2).
h = ketinggian jatuh benda, ( m).

2.5.4

Momentum dan Impuls

Momentum dan Impuls adalah sebagai satu kesatuan karena momentum
dan Impuls dua besaran yang setara. Dua besaran dikatakan setara seperti

19
Universitas Sumatera Utara

momentum dan Impuls bila memiliki satuan Sistem Internasional(SI) sama atau
juga dimensi sama seperti terlihat pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Hubungan Momentum dan Impuls
Sebuah

benda

bergerak

dikatakan mempunyai

momentum

yang

dinyatakan dengan hasil kali massa dengan kecepatan benda tersebut. Hal ini
dapat dinyatakan dengan persamaan (2.6).
M  m.v ........................................................................ (2.6)

Dimana:
M = momentum, (kg.m/s).
m = massa, (kg).
v = kecepatan, (ms-2).
Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu
yang diperlukan, ini dapat dinyatakan dalam persamaan (2.7).
I  F .t ........................................................................... (2.7)

Dimana:
I = impuls
F = gaya (N)
t = waktu (s)

2.5.5

Gaya dan Energi Impak

Gaya impak dapat diperoleh dengan mensubstitusi persamaan (2.6) dengan
persamaan (2.7), sehingga besar nilai gaya dapat dinyatakan dengan persamaan
(2.8).

20
Universitas Sumatera Utara

F

m.v
......................................................................... (2.8)
t

Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha/kerja.
Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan. Salah satu bentuk energi mekanik adalah energi kinetik dan energi
potensial.Energi kinetik (Ek) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan
gerakan benda. Nilai energi kinetik dapat dihitung dari pergerakan awal benda
dari kecepatan awal (vo) ke kecepatan perubahan benda (v1), yang ditentukan
dengan persamaan (2.9).

1
E k  m.v 2 .................................................................... (2.9)
2
Dimana:
Ek

= energi kinetik (joule).

m

= massa benda (kg).

v

= kecepatan benda (m/s).

Energi potensial (Ep) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan
kedudukan (ketinggian).Besarnya energi potensial dapat dihitung dengan
persamaan (2.10).
E p  m.g.H ................................................................. (2.10)

Dimana:
Ep = energi potensial (joule).

2.5.6

m

= massa benda (kg).

g

= gaya gravitasi benda (m/s2).

H

= kedudukan/ketinggian benda (m)

Tegangan

Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi
gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima
sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi
tegangan adalah suatu ukuran intensitas pembebanan yang dinyatakan oleh gaya
dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacammacam sesuai dengan pembebanan yang diberikan. Komponen tegangan pada

21
Universitas Sumatera Utara

sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat bekerjanya gaya disebut tegangan
langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban
tekan akan terjadi tegangan tekan. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi
atau tidak dengan persentasi.Besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan
tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah.Makin besar tegangan
suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus tegangan seperti
terlihat pada persamaan (2.11).
........................................................................... (2.11)
Dimana:
σ = Tegangan (N/m2)
F = gaya (Newton)
Ao = luas penampang awal (m2)

2.5.7

Regangan

Regangan adalah suatu bentuk tanpa dimensi untuk menyatakan perubahan
bentuk.Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan
persentasi.Besarnya regangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu
menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar regangan suatu bahan
maka bahan itu mudah dibentuk, maka rumus regangan dapat dilihat pada
persamaan (2.12).
ε=

............................................................... (2.12)

Dimana:
ε= Regangan
L0 = panjang mula-mula (mm)
ΔL = Perubahan panjang yang terjadi (mm)
L1=panjang Akhir (mm)

22
Universitas Sumatera Utara