1
PENGARUH SUHU TERHADAP KONSTANTA PEGAS DENGAN VARIASI JUMLAH LILITAN PEGAS (Abdin A.A. Saino1, Fitryane Lihawa2, Ahmad Zainuri3) Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Gorontalo
ABSTRAK Abdin A.A.Saino. 2015. Pengaruh suhu terhadap konstanta pegas dengan variasi jumlah lilitan pegas. Skripsi, Program Studi S1 Pendidikan Fisika, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Gorontalo. Pembimbing I Dr. Fitryane Lihawa, M.Si dan Pembimbing II Ahmad Zainuri, S.Pd, MT. Penelitian ini diawali dengan mengukur panjang pegas awal, kemudian mengukur pertambahan panjang pegas pada setiap jumlah lilitan pegas yang berbeda ketika pegas dipanaskan. Data hasil penelitian selanjutnya dihitung dengan persamaan yang sudah ditetapkan, maka diperoleh konstanta pegas untuk jumlah lilitan yang berbeda. Tujuan kegiatan penelitian ini adalah untuk mengkaji pengaruh suhu terhadap konstanta pegas dengan variasi jumlah lilitan pegas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada suhu 90ºC merupakan keadaan yang menghasilkan konstanta pegas yang paling kecil yaitu 251 Nm-1 dengan jumlah lilitan pegas 70 lilitan. Sedangkan Untuk suhu 90ºC dengan jumlah lilitan pegas 60 lilitan, suhu 75ºC dengan jumlah lilitan pegas 70 lilitan, suhu 60ºC dengan jumlah lilitan pegas 70 lilitan memiliki konstanta yang kecil yaitu 321 Nm-1, 332 Nm-1, 406 Nm-1. Selain itu, jumlah lilitan memiliki pengaruh yang signifikan terhadap konstanta yang dihasilkan dari masing-masing pegas. Semakin banyak jumlah lilitan pegas, maka konstanta pegas yang dihasilkan akan semakin kecil pula. Kata Kunci : Pegas, Suhu, Konstanta Pegas, Jumlah lilitan Pegas.
1)
Abdin A.A.Saino, Mahasiswa Jurusan Fisika Dr. Fitryane Lihawa, M.Si, Dosen Jurusan Fisika selaku Pembimbing I 3) Ahmad Zainuri, S.Pd, MT, Dosen Jurusan Fisika selaku Pembimbing II 2)
2
ABSTRACT Abdin A.A. Saino. 2015. The influence of temperature on the spring constant with variations of coil springs number . Skripsi. Study program of physics. Department of physics. Faculty of mathematics and natural sciences. State university of gorontalo. The principal supervisor was Dr, Fitryane Lihawa, M.Si and Co-supervisor was Ahmad Zainuri, S.Pd, MT. This research was begun with measuring the initial long spring, then measuring accretion of long springs inevery different coil when springs heated. The data of the research were then counted with predefined equation, and it acquired spring constant for every different coil. The aim of this research is to investigate the influence of temperature on the spring constant with variation of coil spring number. The result of the research sgowed that on the temperature 90oC was the condition which resulted smaller spring constant, about 251 Nm-1 with the coil spring number was 70 coil.while on the temperature 90oC with the coil spring number was 60 coils, the temperature 75oC with the coil spring number was 70 coils, the temperature 60oC with the coil spring number was 70 coilss resulted small spring constant, about 321 Nm-1, 332 Nm-1, and 406 Nm-1. Besides, the number of coils has significant influence on constant that was result in every spring. The more number of spring coils, the smaller spring constant resulted. Keywords : Spring, Temperature, Spring Constant, Number Of Spring Coil.
3
PENDAHULUAN Pegas merupakan komponen yang senantiasa dipakai dalam peralatan penunjang kehidupan sehari - hari. Sampai saat ini pengetahuan mengenai pegas dalam materi pelajaran Fisika khususnya di Lembaga pendidikan masih terbatas pada penjelasan secara umum. Untuk itu alangkah baiknya kita mengetahui lebih luas wawasan mengenai karakteristik pegas. Pegas adalah elemen mesin flexibel yang digunakan untuk memberikan gaya, torsi, dan juga untuk menyimpan atau melepaskan energi. Sifat pegas yang utama adalah harus mampu memberi gaya, melunakkan tumbukan, menyerap serta menyimpan energi agar dapat mengurangi getaran. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi pertambahan panjang pegas sehingga mempengaruhi nilai konstanta dari suatu pegas tersebut diantaranya; jenis bahan pegas, diameter bahan pegas, diameter pegas, dan jumlah lilitan pegas. Bila jumlah gulungan yang aktif dinyatakan dengan N, panjang kawat total adalah DN maka konstanta pegasnya adalah : k
d 4G 8D3 N
Dengan : d = diameter bahan pegas (m) G = modulus geser pegas baja (80 x 109 N/m2) D = diameter pegas (m) N = jumlah lilitan Karena dalam penelitian ini yang digunakan adalah pegas yang bahannya adalah baja , Brahmantyo (2009 : 9) terdapat beberapa sifat mekanis baja yang harus diperhatikan yaitu : Modulus elastisitas : 20 x 109 N/m2 Modulus geser : 80 x 109 N/m2 Koefisien pemuaian : 12 x 10-6 /ºC Jika kita memberikan gaya pada salah satu ujung pegas, sementara ujung yang lain terikat tetap, pegas akan bertambah panjang. Jika pegas kita lepaskan, pegas akan kembali ke posisi semula akibat gaya pemulih .Pertambahan panjang pegas saat diberi gaya akan sebanding dengan besar gaya yang diberikan. Hal ini sesuai dengan hukum Hooke, yang menyatakan bahwa: “ jika gaya tarik tidak melampaui batas elastisitas pegas, maka perubahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya tariknya” Secara matematis Hukum Hooke dapat dituliskan : F k L Disini F menyatakan gaya (atau berat) yang menarik benda, ΔL adalah perubahan panjang dan k adalah konstanta pembanding (Giancoli ,2001). Pada aplikasinya meningkatnya suhu memiliki kecenderungan menurunkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik material. Penurunan ketangguhan material pegas ini menyebabkan pegas mudah meregang daripada merapat sehingga konstanta pegasnya mengecil. Perubahan suhu dapat mengakibatkan benda-benda padat dapat mengalami pemuaian. Giancoli (2001 : 449) mengatakan bahwa temperatur merupakan ukuran mengenai panas atau dinginnya benda. Suhu
4
merupakan ukuran atau derajat panas atau dinginnya suatu benda atau sistem. Suhu didefinisikan sebagai suatu besaran fisika yang dimiliki bersama antara dua benda atau lebih yang berada dalam kesetimbangan termal. Young dan Freedman (2002 : 462) menyatakan konsep suhu (temperature) berakar dari ide kualitatif 'panas' dan 'dingin' yang berdasarkan pada indera sentuhan kita. Suatu benda yang terasa panas umumnya memiliki suhu yang lebih tinggi daripada benda serupa yang dingin METODOLOGI PENELITIAN Waktu pelaksanaan penelitian adalah dari bulan Maret sampai Mei 2015, dilaksanakan di Laboratorium Fisika Jurusan Fisika Universitas Negeri Gorontalo. Metode yang digunakan pada penelitian ini menggunakan metode kuantitatif. Dan teknik pengambilan data dilakukan dengan eksperimen Metode yang digunakan pada penelitian ini menggunakan metode kuantitatif. Dan teknik pengambilan data dilakukan dengan eksperimen Alat dan bahan yang digunakan adalah Kaki tiga yang berfungsi meletakkan gelas kimia Statif dan klem berfungsi untuk penyangga, penjepit dan penggantung thermometer, Termometer berfungsi mengukur suhu, Jangka sorong berfungsi untuk mengukur diameter pegas, Pembakar Bunsen berfungsi untuk mengasilkan panas, Gelas kimia berfungsi sebagai wadah air yang akan dipanaskan, Mistar berfungsi untuk mengukur pertambahan panjang pegas, Beban berfungsi sebagai pemberat,Pegas sebagai objek penelitian yang akan diukur pertambahan panjangnya, Air sebagai penghantar panas Dalam penelitian ini yang menjadi variabel bebas adalah suhu dan jumlah lilitan pegas. variabel terikat adalah konstanta pegas dengan satuan newton per meter (N/m). Dimana konstanta pegas didapat dari hasil bagi gaya dengan pertambahan panjang dengan masing masing variabel dikonversi ke satuan SI. Variabel kontrol merupakan variabel yang nilainya tetap selama percobaan. Dalam percobaan ini variabel kontrol adalah massa beban, diameter bahan pegas dan diameter pegas. Penelitan ini dimulai dengan mengukur pertambahan panjang pegas awal dengan jumlah lilitan yang berbeda yang telah dicelupkan kedalam gelas kimia yang berisi air. Setelah pegas diukur pertambahan panjangnya lalu pegas digantungkan massa tambahan dan diukur pertambahan panjang pegasnya. Hal ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah lilitan terhadap konstanta pegas yang berbeda – beda. Setelah pegas didapatkan pertambahan panjang pegasnya lalu pegas dipanaskan bersama – sama dengan air dalam gelas kimia, setiap kenaikan suhu 450C, 600C, 750C dan 900C. Dari setiap perubahan suhu tersebut pegas diukur pertambahan panjangnya.
5
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Berdasarkan penelitian yang telah dilaksanakan diperoleh data hasil penelitian sebagai berikut. Tabel 1. Data hasil penelitian menentukan konstanta pegas setelah dipanaskan Jumlah Lilitan Suhu 40 50 60 70 40 50 60 70 (ºC) Pertambahan Panjang Pegas Rata – Konstanta pegas rata – rata (Nm-1) Rata(10-3 m) 45 2 2,5 3 3,5 775 620 517 443 60 2 2,5 3 3,5 775 620 517 443 75 2 3 3,83 4,67 775 517 406 332 90 2,67 3,83 4,83 6,17 585,6 406 321 251 Dari Tabel 1 di atas dapat dibuat grafik hubungan antara suhu terhadap konstanta pegas yang dihasilkan oleh setiap jumlah lilitan pegas yang berbeda. Hal ini bertujuan untuk melihat hubungan antara suhu terhadap konstanta pegas yang dihasilkan. Berikut ini grafik hubungan antara suhu terhadap konstanta pegas yang dihasilkan oleh setiap jumlah lilitan pegas yang berbeda. 1250
N=40 N=50 N=60 N=70
-1
konstanta pegas (Nm )
1000
750
500
250
0 45
60
75
90
o
suhu ( C)
Gambar 1. Grafik hubungan antara suhu terhadap konstanta pegas yang dihasilkan. Data-data hasil penelitian di atas diperoleh dengan mengukur pertambahan panjang pegas dengan memvariasikan jumlah lilitan pegas dari 40 lilitan sampai 70 lilitan serta suhu air yaitu dari 45ºC sampai 90ºC. Diameter bahan pegas, diameter pegas, bahan pegas dan massa pemberat dibuat tetap Pengambilan data-data tersebut dengan cara menggantungkan pegas serta massa pemberat pada statif dan klem lalu memasukkan pegas beserta massa yang menggantung kedalam gelas kimia yang berisi air kemudian dipanaskan menggunakan pembakar bunsen. Semakin banyak jumlah lilitan yang digunakan dengan diameter pegas tetap, kecenderungan nilai konstanta pegas yang diperoleh semakin kecil. Hal ini sesuai dengan ( penelitian sutarno dan setiawan, 2011) yang menyatakan,
6
semakin banyak jumlah lilitan pegas maka semakin banyak pula elemen pegas yang mengalami pergeseran searah gaya beban yang diberikan sehingga menghasilkan pertambahan panjang (ΔL) semakin besar. Akibatnya nilai konstanta pegas akan semakin menurun. Pada saat pegas mendapat perlakuan panas, penelitian ini dilakukan dalam air maka massa beban dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas sehingga akan mempengaruhi terhadap nilai gaya (F). (Giancoli, 2001) jika temperatur berubah maka akan terjadi regangan yang besar yang menyebabkan pertambahan panjang benda bertambah. Hasil percobaan menunjukkan nilai konstanta pegas tidak mengalami perubahan pada saat suhu 45ºC, 60ºC dan Pada suhu 75ᵒC, 90ᵒC terjadi perubahan nilai konstanta pegas kE. Adanya pengaruh suhu dan jumlah lilitan yang semakin banyak, maka konstanta pegas semakin kecil. Namun, konstanta mengalami perubahan disaat suhu hampir mencapai titik didih (dalam Ikhtiardi, 2014). Saat suhu naik, gaya pegas antar atom pada elemen pegas tidaklah simetris di sekitar posisi setimbangnya, umumnya perilakunya lebih mudah meregang daripada merapat. Sebagai hasilnya, saat suhu naik, rata-rata jarak antar elemen juga naik. Seiring elemen bergerak saling menjauh, setiap dimensi akan meningkat dan benda berekspansi. Hal ini berarti kenaikan temperatur menyebabkan terjadinya pemuaian sehingga ikatan antar atom-atom partikel penyusun pegas meregang dan terjadi pertambahan panjang, akibatnya selisih pertambahan panjang (ΔL) semakin besar sehingga konstanta yang dihasilkan semakin kecil, sehingga semakin tinggi suhu dengan jumlah lilitan yang semakin besar, maka semakin kecil nilai konstanta pegas. Meninjau kembali Gambar 1, terlihat bahwa konstanta pegas yang dihasilkan pada suhu 90ºC merupakan keadaan yang menghasilkan konstanta pegas yang paling kecil yaitu 251 Nm-1 dengan jumlah lilitan pegas 70 lilitan. Hal ini dikarenakan ketika suhu semakin tinggi maka kecenderungan elemen pegas untuk meregang semakin besar jika dibandingkan dengan suhu yang rendah. Untuk suhu 90ºC dengan jumlah lilitan pegas 60 lilitan, suhu 75ºC dengan jumlah lilitan pegas 70 lilitan dan suhu 75ºC dengan jumlah lilitan 60 juga memiliki konstanta yang kecil yaitu 321 Nm-1, 332 Nm-1, dan 406 Nm-1. Ketiga keadaan atas ini, cenderung memiliki nilai konstanta pegas yang kecil dibandingkan keadaan yang lain seperti pada suhu 45ºC dan 60ºC dengan konstanta pegas yang lebih besar. Meningkatnya suhu memiliki kecenderungan menurunkan nilai kekerasan dan kekuatan tarik material (Arif Murtono, 2012). Dengan nilai kekerasan yang semakin menurun maka pegas lebih mudah meregang daripada merapat yang mengakibatkan pertambahan panjang pegas bertambah dan konstanta pegas menurun. Semakin besar konstanta pegas atau semakin kaku sebuah pegas, maka semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Sebaliknya semakin elastis sebuah pegas atau semakin kecil konstanta pegas, maka semakin kecil gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas. Konstanta pegas menggambarkan kekakuan pegas. Semakin besar konstanta yang dimiliki, pegas semakin kaku dan semakin susah untuk diregangkan atau ditekan. Begitu pula sebaliknya, jika konstanta pegas kecil, maka pegas tersebut semakin mudah diregangkan atau ditekan.
7
Faktor lain yang mempengaruhi besar kecilnya konstanta pegas yang dihasilkan pada saat dipanaskan dari masing-masing bagian pegas adalah jumlah lilitan. Terlihat bahwa dengan jumlah lilitan pegas 70 lilitan untuk semua suhu konstanta pegas cenderung lebih kecil jika dibandingkan dengan jumlah lilitan pegas yang lain. Dalam bidang industri maupun otomotif tidak dapat dipungkiri bahwa penggunaan pegas sangatlah membantu dalam memudahkan suatu pekerjaan, Hal yang mendasari penelitian ini adalah sifat mekanis dari pegas , salah satunya sifat tangguh yang masih rendah pada suhu tertentu, ini dibuktikan dengan semakin kecilnya konstanta pegas pada suhu yang lebih tinggi. Jika konstanta pegas mengecil hal ini berarti ketangguhan pegas juga menurun. Sehingga perlu diperhatikannya pengaruh suhu yang berlebihan terhadap pemakaian pegas. Namun pemanasan ini juga bisa digunakan untuk mendapatkan pegas yang memiliki kekuatan yang kecil atau dapat ditarik lebih panjang dari biasanya sehingga dapat digunakan sesuai kebutuhan. Adapun data – data yang disajikan tidak terlepas dari kesalahan dalam pengukuran. Untuk itu peneliti menggunakan pengukuran secara berulang sebanyak 3 kali untuk tiap jumlah lilitan pegas yang berbeda. Hal ini bertujuan untuk meminimalisir terjadinya kesalahan dalam pengukuran. SIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang diperoleh, maka peneliti dapat memberikan simpulan bahwa jumlah lilitan pegas dan suhu sangat berpengaruh pada konstanta pegas. Hal ini dapat dilihat dari besarnya konstanta yang dihasilkan dari pegas dengan variasi jumlah lilitan pegas dan suhu yang berbeda. Ketika pegas sebelum dan sesudah dipanaskan dapat dilihat bahwa konstanta pegas bergantung pada jumlah lilitan pegas.semakin banyak jumlah lilitan pegas maka ketika diberikan gaya maka semakin banyak pula elemen pegas yang bergeser. Semakin tinggi suhu menyebabkan terjadinya pemuaian sehingga ikatan antar atom-atom partikel penyusun pegas meregang dan terjadi pertambahan panjang, sehingga konstanta pegas akan semakin kecil dan menurunkan ketangguhan dari pegas itu sendiri
DAFTAR PUSTAKA Brahmantyo, Dody. 2009. Struktur Baja.(online). http ://dodybrahmantyo.dosen.narotama.ac.Idfiles 201202STRUKTURBAJA-2 _Material.Pdf. Diakses pada 08 februari 2015 Ikhtiardi, Erik. 2014. Analisis Pengaruh Suhu Terhadap Konstanta Pegas Dengan Variasi Jumlah Lilitan Dan Diameter Pegas Baja. Jurnal Pendidikan Fisika, Vol. 3 No.4, Maret 2015, hal 349 - 354 (online). http://fisika.fkip.unej.ac.id/wpcontent/uploads/sites/11/2015/04/8.Eriko cx-349-354.pdf. Diakses pada 16 juni 2015 Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I Edisi kelima (terjemahan). Jakarta : Erlangga
8
Murtiono, Arief. 2012. Pengaruh Quenching Dan Tempering Terhadap Kekerasan Dan Kekuatan Tarik Serta Struktur Mikro Baja Karbon Sedang Untuk Mata Pisau Pemanen Sawit. Jurnal e-Dinamis vol II, no.2.(online). http://jurnal.usu.ac.id/index.php/edinamis/article/download/2635/1334. Diakses pada 12 februari 2015 Sutarno dan setiawan. 2011. Pembuktian Eksperimental Pengaruh Jumlah Lilitan Pegas dan Diameter Pegas terhadap Konstanta Pegas . Jurnal SNIPS (online). http://dosen.narotama.ac.idwp-contentuploads201202PembuktianEksperimental-Pengaruh-Jumlah-Lilitan-Pegas-dan-Diameter-Pegasterhadap-Konstanta-Pegas.pdf). Diakses pada 4 februari 2015 Young dan Freedman. 2002. Fisika Universitas Jilid 1 edisi kesepuluh. Jakarta : Erlangga
