Laporan Praktikum Fisika Dasar 43 Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 BAB V MODULUS YOUNG. Menentukan Modulus Young dari beberapa logam

43

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

BAB V MODULUS YOUNG 5.1. MAKSUD DAN TUJUAN Menentukan Modulus Young dari beberapa logam.

5.2. DASAR TEORI Suatu balok dengan panjang L dan tebal a serta lebar b diberi gaya di tengah balok maka dalam kondisi ini deformasi atau perpanjangan benda ke arah x. Tentu saja perpanjangan benda sangat kecil karena batang yang digunakan adalah logam keras. Dalam hal ini batang mengalami tegangan sekaligus regangan sehingga kita dapat menghitung besarnya Modulus Young dari benda dengan rumus E 

L3 Mg dengan: 4a 3be



Jarak antara skala dengan kaca

=x



Ketebalan batang tes (rata-rata)

=a



Lebar batang tes (rata-rata)

=b



Jarak antara pendukung batang tes

=L



Jarak tegak lurus antara kaki-kaki tripod kaca

=z



Kemelencengan per massa

=e



Massa

=M



Gravitasi

=g

44

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

cermin Papan skala penumpu Batang uji

beban Gambar 5.1. Susunan alat percobaan Modulus Young

Masalah utama dalam percobaan ini adalah perubahan skala yang sangat kecil. Untuk mengatasinya digunakan alat yang memakai prinsip pantulan dari cermin, dimana perubahan posisi cermin yang sangat kecil ( akibat perpanjangan batang) menyebabkan skala yang dipantulkannya juga berubah.

Untuk

ini

digunakan

teropong

penglihatan.

5.3. ALAT DAN BAHAN 5.3.1 Alat 1. Penyangga batang uji, 2. Mistar, 3. Kaca cermin, 4. Teropong, 5. Mistar berskala , 6. Beban 5 buah masing-masing 200gram, 7. Batang pembantu. 5.3.2 Bahan 1. tembaga, 2. kuningan, 3. besi.

sebagai

alat

pembesar

45

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

5.4. GAMBAR ALAT DAN BAHAN

SATU SET ALAT MODULUS YOUNG

PENGGARIS

Batang tembaga

Batang kuningan

Batang besi

GAMBAR BAHAN Gambar 5.2. Alat dan Bahan

5.5. PROSEDUR PERCOBAAN 1. Mencatat panjang, lebar dan ketebalan batang uji. 2. Mengukur jarak antara penyangga batang uji dan kaca tripod dengan teropong. 3. Menempatkan

batang

uji

(tembaga)

di

atas

penyangga

dan

meletakkan batang yang lain di belakangnya sebagai batang pembantu. 4. Mengatur teropong sehingga skala yang ditunjukkan oleh mistar terlihat jelas. 5. Meneropong ke arah cermin sehingga skala terlihat jelas, keadaan tanpa beban ini dicatat sebagai keadaan awal. 6. Menggantungkan beban 200 gram di tengah-tengah batang uji.

46

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

7. Mengukur perubahan skala yang ditimbulkan oleh gaya dari beban melalui teropong. 8. Mencatat perubahan skala yang terjadi. 9. Menambah beban yang digantungkan berturut-turut hingga mencapai 1 kg. 10. Setelah penambahan mencapai 1 kg, mengurangi beban yang digantungkan satu-persatu hingga tidak ada beban yang tergantung. 11. Mencatat perubahan skala yang terjadi saat pengurangan beban. 12. Melakukan prosedur percobaan yang sama untuk batang uji kuningan dan besi.

5.6. ALUR KERJA Mulai Mencatat dimensi batang uji Mengukur jarak antar teropong dan kaca tripot dengan kaca penyokong Meletakkan batang uji diatas penyangga Mengatur Teropong

Meneropong kearah cermin Menggantungkan beban

Mengukur perubahan sekala Mencatat perubahan skala Menambah beban X

47

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

X Mencatat perubahan skala Mengurangi beban

Mencatat Perubahan skala Mengulangi percobaan Selesai Gambar 5.1. Diagram alur kerja

5.7. DATA PERCOBAAN 5.7.1 Tembaga Tabel 5.1. Pembacaan Skala Batang Uji Tembaga Beban

Pembaca Skala

Pembaca Skala

Rata-rata

(gram)

(Beban Bertambah)

(Beban Berkurang)

Pembacaan Skala

0

y0

180

y0’

178

O0

179

200

y1

171

y1’

169

O1

170

400

y2

160

y2’

160

O2

160

600

y3

151

y3’

151

O3

151

800

y4

143

y4’

143

O4

143

1000

y5

135

y5’

135

O5

135

48

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

5.7.2 Kuningan Tabel 5.2. Pembacaan Skala Batang Uji Kuningan Beban

Pembaca Skala

Pembaca Skala

Rata-rata

(gram)

(Beban Bertambah)

(Beban Berkurang)

Pembacaan Skala

0

y0

185

y0’

185

O0

185

200

y1

173

y1’

173

O1

173

400

y2

161

y2’

161

O2

161

600

y3

149

y3’

149

O3

149

800

y4

137

y4’

137

O4

137

1000

y5

125

y5’

125

O5

125

5.7.3 Besi Tabel 5.3. Pembacaan Skala Batang Uji Besi Beban

Pembaca Skala

Pembaca Skala

Rata-rata

(gram)

(Beban Bertambah)

(Beban Berkurang)

Pembacaan Skala

0

y0

195

y0’

197

O0

196

200

y1

185

y1’

185

O1

185

400

y2

178

y2’

179

O2

178,5

600

y3

174

y3’

173

O3

173,5

800

y4

166

y4’

166

O4

166

1000

y5

159

y5’

159

O5

159

5.8. ANALISIS DATA I. Tembaga 

Jarak antara skala dan kaca :

x = 100,0 cm



Ketebalan batang tes (rata-rata) :

a = 0,5003 cm



Lebar batang tes (rata-rata) :

b = 1,5459 cm



Jarak antara pendukung batang tes :

L = 40,0 cm



Jarak tegak lurus antara kaki-kaki tripod kaca (rata-rata) :

Z =3,092 cm

49

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

Pada beban 600 gram a.Kemelencengan per 600 gram beban yang berbeda : O3 – O0 = 28 mm O4 – O1 = 27 mm O5 – O2 = 25 mm b.Rata-rata kemelencengan per 600 gram beban yang berbeda : 28  27  25 3  26,67mm  2,667cm y 

c.Salah penempatan titik tengah per 600 gram Zy 2X 3,092  2,667  2  100,0  0,041cm  0,00041m

e1 

d.Modulus young :

E1 

L3 Mg 4a 3be

  0,43  0,6  9,8    3  4  0,005003  0,015459  0,00041   11,9 x1010 N / m 2 Pada beban 400 gram a.Kemelencengan per 400 gram beban yang berbeda : O2 – O0 = 19mm O3 – O1 = 19 mm O4 – O2 = 17 mm O5 – O3 = 16 mm

50

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

b.Rata-rata kemelencengan per 400 gram beban yang berbeda :

16  17  19  19 4  17,75mm  1,775cm y 

c.Salah penempatan titik tengah per 400 gram W : Zy 2X 3,092  1,775  2  100,0  0,027cm  0,00027 m

e2 

d.Modulus young

E2  

L3 Mg 4a 3be

0,43  0,4  9,8 4  0,0050033  0,015459  0,00027

 1,2  1010 N / m 2 Pada beban 200 gram a.Kemelencengan skala per 200 gram beban yang berbeda : O1 – O0 = 9 mm O2 – O1 = 10 mm O3 – O2 = 9 mm O4 – O3 = 8 mm O5 – O4 = 8 mm b.Rata-rata kemelencengan per 200 gram beban yang berbeda :

8  8  9  10  9 5  8,8mm  0,88cm y 

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

c.Salah penempatan titik tengah per 200 gram W : Zy 2X 3,092  0,88  2  100,0  0,014cm  0,00014m

e3 

d.Modulus young

E3  

L3 Mg 4a 3be

0,43  0,2  9,8 4  0,0050033  0,015456  0,00014

 11,6  1010 N / m 2 Eratarata 

E1  E 2  E3 3

Eratarata 

11,9  1010  1,2  1010  11,6  1010 3  11,83  1010 N / m 2

E 

E 

51

 Ei  E

2

n(n  1)

(0,07  1010 ) 2  (0,17  1010 ) 2  (0,23  1010 ) 2 3 2

 0,294  1010 N / m2

Kesalahan Relatif 

E  100% E

0,249  1010  100% 11,83  1010  2,49% 

Ketelitian  100%  KR  100%  2,49%  97,51%

52

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

II.

Bab V Modulus Young

Besi

 Ketebalan batang tes (rata-rata)

: a = 0,5003 cm

 Jarak antara skala dan kaca

: x = 100,0 cm

 Lebar batang tes (rata-rata)

: b = 1,5459 cm

 Jarak antara pendukung batang tes

: L = 40,0 cm

 Jarak tegak lurus antara kaki-kaki tripod kaca (rata-rata)

: Z=3,092 cm

Pada beban 600 gram a. Kemelencengan per- 600 beban yang berbeda O3 – O0 = 22,5 mm O4 – O1 = 19 mm O5 – O2 = 19,5 mm b. Rata-rata kemelencengan per600 gram beban yang berbeda :

22,5  19  19,5 3  20,33mm 2,033cm y 

c. Salah penempatan titik tengah per600 gram Zy 2X 3,092  2,033  2  100,0  0,031cm  0,00031m

e1 

53

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

d. Modulus young :

E1 

L3 Mg 4a 3be

0,43  0,6  9,8 4  0,0050033  0,015459  0,00031



 15,7  1010 N / m 2

Pada beban 400 gram a. Kemelencengan per400 gram beban yang berbeda : O2 – O0 = 14,5 mm O3 – O1 = 12,5 mm O4 – O2 = 11,5 mm O5 – O3 = 17,5 mm b.

Rata-rata kemelencengan per400 gram beban yang berbeda :

14,5  12,5  11,5  17,5 4  14mm  1,4cm y 

c.

Salah penempatan titik tengah per400 gram W : Zy 2X 3,092  1,4  2  100,0  0,022cm  0,00022m

e2 

d. Modulus young

E2  

L3 Mg 4a 3be

0,43  0,4  9,8 4  0,0050033  0,015459  0,00022

 14,8  1010 N / m 2

54

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

Pada beban 200 gram a. Kemelencengan skala per200 gram beban yang berbeda : O1 – O0 = 11 mm O2 – O1 = 6,5 mm O3 – O2 = 5 mm O4 – O3 = 7,5 mm O5 – O4 = 7 mm b. Rata-rata kemelencengan per200 gram beban yang berbeda :

7  7,5  5  6,5  11 5  7,4mm  0,74cm y 

c. Salah penempatan titik tengah per200 gram W : Zy 2X 3,092  0,74  2  100,0  0,011cm  0,00011m

e3 

d. Modulus young

E3  

L3 Mg 4a 3be

0,43  0,2  9,8 4  0,0050033  0,015459  0,00011

 14,7  1010 N / m 2

Eratarata 

Eratarata

E1  E2  E3 3

15,7  1010  14,8  1010  14,7  1010  3  15,07  1010 N / m 2

55

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

E 

E 

Bab V Modulus Young

 Ei  E

2

n(n  1)

(0,63  1010 ) 2  (0,27  1010 ) 2  (0,37  1010 ) 2 3 2

 0,32  1010 N / m 2

Kesalahan Relatif 

E  100% E

0,32  1010   100% 15,07  1010  2,12% Ketelitian  100%  KR  100%  2,12%  97,88%

III. Kuningan  Ketebalan batang tes (rata-rata) :

a = 0,5003 cm

 Jarak antara skala dan kaca :

x = 100,0 cm

 Lebar batang tes (rata-rata) :

b = 1,5459 cm

 Jarak antara pendukung batang tes :

L = 40,0 cm

 Jarak tegak lurus antara kaki-kaki tripod kaca (rata-rata) :

Z =3,092 cm

Pada beban 600 gram a. Kemelencengan per600 gram beban yang berbeda O3 – O0= 36 mm O4 – O1 = 36 mm O5 – O2 = 36 mm

56

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

b. Rata-rata kemelencengan per600 gram beban yang berbeda :

36  36  36 3  36mm  3,6cm y 

c.

Salah penempatan titik tengah per600 gram Zy 2X 3,092  3,6  2  100,0  0,0557cm  0,000557

e1 

d. Modulus young

E1  

L3 Mg 4a 3be

0,43  0,6  9,8 4  0,0050033  0,015459  0,00056

 8,8  1010 N / m 2

Pada beban 400 gram a.

Kemelencengan per400 gram beban yang berbeda : O2 – O0 = 24 mm O3 – O1 = 24 mm O4 – O2 = 24 mm O5 – O3 = 24 mm

b. Rata-rata kemelencengan per400 gram beban yang berbeda :

24  24  24  24 4  24mm  2,4cm y 

57

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

c.

Bab V Modulus Young

Salah penempatan titik tengah per400 gram W : Zy 2X 3,092  2,4  2  100,0  0,037cm  0,00037 m

e2 

d. Modulus young

L3 Mg E2  3 4a be 

0.43  0,4  9,8 4  0,0050033  0,015459  0,00037

 10,04  1010 N / m 2 Pada beban 200 gram a. Kemelencengan skala per200 gram beban yang berbeda O1 – O0 = 12 mm O2 – O1 = 12 mm O3 – O2 = 12 mm O4 – O3 = 12 mm O5 – O4 = 12 mm b. Rata-rata kemelencengan per200 gram beban yang berbeda :

12  12  12  12  12 5  12mm  1,2cm y 

c.

Salah penempatan titik tengah per200 gram W : Zy 2X 3,092  1,2  2  100,0  0,00185cm  0,000185m

e

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

d. Modulus young

E

L3 Mg 4a 3be

0,43  0,2  9,8  4  0,0050033  0,015459  0,000185  15,31  1010 N / m 2

` Eratarata 

Eratarata 

E1  E2  E3 3

8,8 1010  10,04 1010  15,311010 3

 15,33 1010 N / m 2

E 

 Ei  E

2

n(n  1)

(0,12 1010 ) 2  (0,13 1010 ) 2  (0,02 1010 ) 2 E  3 2  0,0727 1010 N / m 2

Kesalahan Relatif 

E  100% E

0,727 1010 100% 15,33 1010  0,4742% 

Ketelitian

58

 100%  KR

 100%  0,4742%  99,5258%

59

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008

Pergeseran Skala(mm)

Kelompok I14

Bab V Modulus Young

Grafik pergeseran skala dan beban pada uji batang tembaga 40 1000, 35 800, 31 30 600, 23 20 400, 15 10 200, 8 0 0 500 1000 1500 beban (gram)

Grafik 5.1 Pergeseran skala dan beban pada uji tembaga

Pergeseran Skala (mm)

Grafik Pergeseran Skala Dan Beban pada Uji Besi

30

1000, 26 800, 22.5 600, 16.5 400, 10.5 200, 6.5

20 10 0 0

500 1000 Beban (gram)

1500

Grafik 5.2 Pergeseran skala dan beban pada uji besi

60

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

Pergeseran Skala (mm)

Grafik Hubungan Pergeseran Skala Dan Beban Pada Uji Kuningan 60 50 40 30 20 10 0

1000, 55 800, 44.5 600, 35.5 400, 25.5 200, 11.5 0

500 1000 Beban (gram )

1500

Grafik 5.3 Pergeseran skala dan beban pada uji kuningan

5.9. PEMBAHASAN Hasil perhitungan Modulus Young 1. Modulus Young batang tembaga E  20,46 1010  0,173 1010 N / m 2

2. Modulus Young batang Kuningan E  20,46 1010  0,173 1010 N / m 2

3.Modulus Young Batang Besi E  15,33 1010  0,727 1010 N / m 2

Faktor yang penyebab kesalahan: 1. Faktor dari peralatan yaitu ketepatan fokus teropong. 2. Kesalahan paralaks atau penglihatan yaitu kekurangtelitian dalam melihat skala. 3. Kesalahan dalam pengukuran data awal. 4. Faktor keadaan ruang seperti getaran.

61

Laporan Praktikum Fisika Dasar Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008 Kelompok I14

Bab V Modulus Young

5.10. KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan dan hasil yang telah dicapai maka diperolah kesimpulan: 1. Semakin besar simpangan skala maka besarnya Modulus Young semakin kecil atau dengan kata lain besarnya simpangan berbanding terbalik dengan harga E. 2. Harga Modulus Young berbanding lurus dengan beban. Aplikasi dalam bidang Teknik Sipil: a. Untuk mengetahui kualitas baja dan kayu. b. Untuk mengetahui kekuatan tegangan baja dalam menyangga beban. c. Untuk mengetahui berapa besar beban yang disangga oleh kayu pada kuda-kuda bangunan.