Pengukuran Modulus Elastisitas (Young's Modulus) Bahan Logam Menggunakan Metode Uji Lentur

Pengukuran Modulus Elastisitas (Young's Modulus) Bahan Logam Menggunakan Metode Uji Lentur

ABSTRAK

Praktikum ini bertujuan untuk menentukan modulus elastisitas (Young's Modulus, $E$) bahan logam melalui uji lentur (three-point bending test) pada balok. Metode ini dilakukan dengan mengaplikasikan beban pada pusat balok yang diletakkan pada dua penyangga, sehingga terjadi defleksi ($\delta$). Berdasarkan teori lentur balok, defleksi pada beban tengah untuk balok dengan dukungan sederhana diberikan oleh persamaan:

$$\delta = \frac{F L^3}{48 E I}$$

di mana $F$ adalah beban yang diterapkan, $L$ adalah panjang bentang antara penyangga, dan $I$ adalah momen inersia penampang balok. Untuk penampang persegi panjang, $I$ dapat dihitung dengan:

$$I = \frac{b h^3}{12}$$

dengan $b$ dan $h$ masing-masing adalah lebar dan tinggi penampang. Dengan mengukur defleksi $\delta$ pada beban $F$ tertentu, nilai $E$ dapat dihitung. Hasil praktikum akan dibandingkan dengan nilai literatur untuk mengevaluasi keakuratan metode.

---

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat-Nya sehingga praktikum ini dapat terlaksana dengan baik. Laporan praktikum ini disusun sebagai salah satu tugas pada mata kuliah Fisika Dasar/Mekanika Material. Kami mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing, asisten praktikum, dan seluruh pihak yang telah memberikan dukungan serta bantuan selama pelaksanaan eksperimen. Kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan guna perbaikan laporan ini di masa mendatang.

---

DAFTAR ISI

1. Bab I: Pendahuluan
2. Bab II: Tinjauan Pustaka
3. Bab III: Metodologi Praktikum
4. Bab IV: Hasil dan Pembahasan
5. Bab V: Kesimpulan dan Saran
6. Daftar Pustaka
7. Lampiran

---

Bab I: Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Modulus elastisitas atau Young's Modulus ($E$) adalah parameter penting yang menggambarkan kekakuan material dan kemampuannya untuk kembali ke bentuk semula setelah mengalami deformasi. Dalam aplikasi teknik, nilai $E$ sangat penting untuk desain struktur dan komponen mesin. Metode uji lentur, khususnya uji tiga-titik lentur, merupakan teknik sederhana yang memungkinkan pengukuran $E$ dengan mengamati defleksi balok di bawah beban. Pengukuran defleksi yang akurat, dikombinasikan dengan parameter geometris balok, memungkinkan perhitungan $E$ menggunakan persamaan dasar lentur.

1.2 Rumusan Masalah

• Bagaimana bentuk defleksi balok saat dikenai beban lentur?
• Bagaimana cara menghitung modulus elastisitas ($E$) menggunakan data defleksi, beban, dan parameter geometris balok?
• Apakah nilai $E$ yang diukur mendekati nilai literatur untuk bahan logam yang diuji?

1.3 Tujuan Praktikum

• Mengukur defleksi ($\delta$) pada balok logam di bawah beban tertentu menggunakan uji tiga-titik lentur.
• Menghitung modulus elastisitas ($E$) dari data pengukuran dengan menggunakan persamaan: $$E = \frac{F L^3}{48 I \delta}$$ dengan $I = \frac{b h^3}{12}$ untuk penampang persegi panjang.
• Membandingkan hasil perhitungan $E$ dengan nilai literatur.

1.4 Manfaat Praktikum

• Memperdalam pemahaman konsep kekakuan material dan modulus elastisitas.
• Melatih keterampilan pengukuran defleksi, analisis data, dan penerapan rumus mekanika lentur.
• Menjadi dasar bagi aplikasi dalam desain struktur dan komponen mesin.

1.5 Batasan Masalah

• Pengukuran dilakukan pada balok logam homogen dengan penampang persegi panjang.
• Kondisi pengukuran dilakukan pada suhu ruangan dengan beban statis.
• Analisis difokuskan pada uji tiga-titik lentur tanpa memperhitungkan efek dinamika getaran.

---

Bab II: Tinjauan Pustaka

2.1 Modulus Elastisitas (Young's Modulus)

Modulus elastisitas $E$ merupakan ukuran kekakuan material dan didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan (stress) dengan regangan (strain) pada daerah elastis. Untuk material homogen, $E$ merupakan konstanta yang menggambarkan hubungan linear antara stress dan strain.

2.2 Uji Lentur Tiga Titik

Pada uji lentur tiga titik, balok diletakkan pada dua penyangga dengan beban diterapkan di tengah. Defleksi maksimum terjadi di titik tengah, dan hubungan antara defleksi, beban, dan modulus elastisitas diberikan oleh:

$$\delta = \frac{F L^3}{48 E I}$$

di mana $I$ adalah momen inersia penampang, yang untuk penampang persegi panjang dihitung dengan:

$$I = \frac{b h^3}{12}$$

dengan $b$ adalah lebar dan $h$ adalah tinggi penampang.

2.3 Aplikasi Uji Lentur

Metode uji lentur digunakan dalam evaluasi sifat mekanik material untuk desain struktur, pengembangan material baru, dan studi keandalan material di bidang rekayasa.

---

Bab III: Metodologi Praktikum

3.1 Alat dan Bahan

• Balok logam (misalnya, aluminium atau baja) dengan penampang persegi panjang
• Mesin uji tiga-titik lentur (atau setup sederhana dengan dua penyangga dan beban terukur)
• Beban standar (misalnya, beban tambahan dengan nilai yang diketahui)
• Penggaris, mikrometer, atau alat ukur lainnya untuk mengukur dimensi balok
• Stopwatch (jika diperlukan) dan alat pencatat data
• Komputer dengan perangkat lunak analisis (opsional)

3.2 Prosedur Praktikum

1. Persiapan Sampel:
   • Ukur dimensi balok: panjang $L$ (jarak antara penyangga), lebar $b$, dan tinggi $h$.
   • Catat massa material jika diperlukan.
2. Perakitan Sistem Uji:
   • Letakkan balok pada dua penyangga yang jaraknya sama dengan panjang $L$.
   • Pastikan balok berada pada kondisi stabil dan bebas dari getaran.
3. Penerapan Beban:
   • Tempatkan beban terukur secara bertahap di tengah-tengah balok.
   • Ukur defleksi maksimum ($\delta$) pada titik tengah dengan penggaris atau sensor defleksi.
4. Pencatatan Data:
   • Catat nilai beban $F$ dan defleksi $\delta$ yang dihasilkan.
   • Lakukan pengulangan pengukuran untuk mendapatkan nilai rata-rata $\delta$.
5. Perhitungan Modulus Elastisitas:
   • Hitung momen inersia penampang $I = \frac{b h^3}{12}$.
   • Gunakan persamaan $E = \frac{F L^3}{48 I \delta}$ untuk menghitung nilai modulus elastisitas.
6. Analisis Data:
   • Bandingkan nilai $E$ yang diperoleh dengan nilai literatur untuk material yang diuji.

3.3 Metode Pengumpulan Data

Data dikumpulkan dengan mencatat nilai dimensi balok, beban $F$, dan defleksi $\delta$ pada tiap percobaan. Data tersebut diolah menggunakan persamaan lentur untuk menghitung modulus elastisitas $E$.

---

Bab IV: Hasil dan Pembahasan

4.1 Penyajian Data

Misalkan data pengukuran (nilai fiktif) sebagai berikut:

Parameter	Nilai	Satuan
Panjang bentang $L$	0.50	m
Lebar $b$	0.02	m
Tinggi $h$	0.005	m
Beban $F$	50	N
Defleksi $\delta$	0.004	m

4.2 Perhitungan

1. Hitung momen inersia penampang $I$: $$I = \frac{b h^3}{12} = \frac{0.02 \times (0.005)^3}{12} = \frac{0.02 \times 1.25 \times 10^{-7}}{12} \approx 2.08 \times 10^{-10}\,\text{m}^4.$$
2. Hitung modulus elastisitas $E$ menggunakan persamaan: $$E = \frac{F L^3}{48 I \delta} = \frac{50 \times (0.50)^3}{48 \times (2.08 \times 10^{-10}) \times 0.004}.$$ Perhitungan langkah demi langkah:
   • $L^3 = (0.50)^3 = 0.125\,\text{m}^3$.
   • Numerator: $50 \times 0.125 = 6.25\,\text{N·m}^3$.
   • Denom: $48 \times 2.08 \times 10^{-10} \times 0.004 \approx 48 \times 8.32 \times 10^{-13} \approx 3.99 \times 10^{-11}\,\text{m}^4$.
   • Sehingga, $E \approx \frac{6.25}{3.99 \times 10^{-11}} \approx 1.57 \times 10^{11}\,\text{Pa}$ atau $157\,\text{GPa}$.

4.3 Analisis Data

• Grafik dan Trend:
  Data menunjukkan bahwa defleksi yang diukur memungkinkan perhitungan $E$ dengan nilai sekitar 157 GPa, yang mendekati nilai literatur untuk baja atau material logam sejenis.
• Evaluasi Kesalahan:
  Potensi sumber kesalahan meliputi ketidakakuratan pengukuran dimensi balok, defleksi, dan beban, serta asumsi bahwa kondisi lentur ideal terpenuhi. Pengulangan percobaan dan kalibrasi peralatan dapat meningkatkan akurasi.

---

Bab V: Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

• Metode uji lentur tiga titik berhasil digunakan untuk mengukur defleksi balok logam di bawah beban.
• Modulus elastisitas bahan logam dihitung sebesar sekitar 157 GPa, yang mendekati nilai literatur untuk material logam seperti baja.
• Pengukuran dan analisis data mendukung penerapan rumus lentur dalam menentukan modulus elastisitas.

5.2 Saran

• Lakukan pengulangan pengukuran untuk memperoleh nilai rata-rata yang lebih representatif dan mengurangi kesalahan.
• Pastikan pengukuran dimensi balok dan defleksi dilakukan dengan alat ukur yang memiliki resolusi tinggi.
• Perhatikan kondisi pendukung dan pastikan beban diaplikasikan secara terpusat agar distribusi lentur merata.

---

Daftar Pustaka

1. Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fundamentals of Physics. Wiley.
2. Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2010). Physics for Scientists and Engineers. Cengage Learning.
3. Gere, J. M., & Timoshenko, S. P. (1997). Mechanics of Materials. PWS Publishing Company.
4. [Referensi tambahan sesuai dengan materi praktikum]

---

Lampiran

• Data Mentah: Tabel lengkap hasil pengukuran beban, defleksi, dan dimensi balok.
• Grafik: Plot hubungan antara beban dan defleksi, serta diagram pengukuran.
• Foto Dokumentasi: Gambar setup uji lentur, alat ukur (mikrometer, penggaris), dan peralatan pendukung lainnya.

---

Laporan praktikum ini diharapkan dapat membantu dalam memahami konsep modulus elastisitas serta penerapan metode uji lentur untuk menentukan kekakuan material. Silakan sesuaikan setiap bagian dengan data dan kondisi nyata yang diperoleh selama pelaksanaan praktikum.

Sekian artikel Pengukuran Modulus Elastisitas (Young's Modulus) Bahan Logam Menggunakan Metode Uji Lentur kali ini, mudah-mudahan bisa memberi manfaat untuk anda semua. baiklah, sampai jumpa di postingan artikel lainnya.

Anda sekarang membaca artikel Pengukuran Modulus Elastisitas (Young's Modulus) Bahan Logam Menggunakan Metode Uji Lentur dengan alamat link https://praktikum-laporan.blogspot.com/2025/02/pengukuran-modulus-elastisitas-youngs.html