< Previous 35 Teknologi Dasar Otomotif = . E (hukum Hooke) Lu = panjang mula-mula (m atau cm) Lo = panjang setelah patah atau panjang akhir (m atau cm) = tegangan (N/m2, kgf/m2, atau E = modulus elastis (N/m2, kgf/m2, atau A = luas penampang batang m2 atau cm2) = strian atau regangan (tidak ada satuanya) Hukum Hooke ini juga berlaku untuk tegangan akibat kenaikan suhu. Apabila batang dipanaskan dan karena panas tersebut menjadi Bertambah panjang maka pertambahan panjang ini tergantung dari panjang mula-mula, kenaikan suhu, dan koefisien mulai panjang dari bahan. Pertambahan panjang yang terjadi adalah: Lu-Lo = Lo . . t Untuk mengihindari perpanjangan batang karena panas dengan cara kedua ujung batang dijepit sehingga pada batang tersebut akan terjadi tegangan tekan t. Menurut hukum Hooke, tegangan tekan: v = . E v 36 Teknologi Dasar Otomotif v v = . t . E v = tegangan tekan (N/m2, kgf/m2, atau dyne/cm2) = koefisien mulai panjang(C) E = kenaikan suhu (C) (baca: lamda) Contoh soal Sebuah batang bulat yang dibuat dari baja tuang panjangnya 4 meter dengan diameter 40 mm. Batang bulat itu ditarik dengan beban tarik sebesar 4000 kgf. Berat jenis baja tuang = 7,8.103 kgf/m3 dan modulus kenyal baja tuang 2,1.1010 kgf/m2. Berapakah perpanjangan dan reganganya? Diketahui : Lo = 4 m D = 40 mm = 4.10-2 F = 4000 kgf Bj = 7,8.103 kgf/m3 E = 2,1.1010 kgf/m3 Ditanyakan: Lu-Lo =...? Penyelesaian Beratnya sendiri (G): 37 Teknologi Dasar Otomotif Perpanjangannya (Lu-Lo): Reganganya (): Telah dijelaskan di muka bahwa dalam mengitung regangan bahan jika tegangan lebih besar daripada harga tegangan pada batas perbandingan atau batas proposionalitas maka bahan itu tidak lagi mempunyai kekenyalan sehingga hukum Hooke tidak dapat digunakan. Hukum Hooke dapat digunakan apabila tegangan lebih kecil daripada modulus kekenyalanya E. Untuk bahan yang ukuranya tidak dapat dihitung menurut hukum Hooke, digunakan rumus Bach dan Schule. Modulus Kenyal untuk beberapa jenis logam Bahan E dalam kgf/m2 Baja Besi tuang Tembaga Perunggu Aluminium Kayu Fibre glass, beton, dan plastik 2.1010 sampai 2,2.1010 7,5.109 sampai 1,6.1010 1010 sampai 1,25.1010 9.109 6,75.109 109 1,8.109 sampai 4.109 38 Teknologi Dasar Otomotif Pangkat n dari Bach dan Schule Bahan Pangkat n Besi tuang (tarik) Besi tuang (tekan) Tembaga (tarik) Perunggu (tarik) Kuningan (tarik) 1,08 sampai 1,1 1,04 sampai 1,05 1,07 sampai 1,1 1,03 1,09 Pangkat n ini ditentukan secara percobaan oleh Bach dan Schule. Apabila bahan tidak berlaku untuk hukum Hooke maka n menjadi I. d. Tegangan Tekan Pembebanan tekan merupakan kebalikan dari pembebanan tarik maka tegangan tekan juga merupakan kebalikan dari tegangan tarik. Pembebanan tekan terjadi bila gaya luar bekerja sejajar sumbu batang ke arah dalam batang tersebut. Akibat beban tekan tersebut, penampang batang akan bertambah pendek dan terjadi pembesaran penampang. Bila batang tidak mampu menahan beban tekan itu maka akan rusak atau pecah. Gaya dalam (Fn) benda itu menahan pengaruh gaya luar. Makin besar luas penampangnya, bertambah besar pula kekuatan benda itu. Pada kenyataannya, beban tekan sejati jarang/sukar sekali terjadi karena berbagai keadaan atau kedudukan 39 Teknologi Dasar Otomotif batang maupun arah beban yang tidak benarbenar tegak lurus penampang. Oleh karena itu, pada beban tekan perlu diperhatikan adanya bahaya tekukan. Dalam praktek, beban tekan itu terjadi misalnya pada fondasi mesin, batang torak, dan tiang bangunan. Untuk menghitung ukuran suatu alat atau bagian mesin yang menderita beban tekan selalu digunakan tegangan tekan yang diizinkan (a). Seperti halnya pada pembebanan tarik, tegangan tekan yang diizinkan diperhitungkan dengan menentukan faktor keamanan (s). ̅̅̅̅ Luas penampang minimum ditentukan dengan: ̅̅̅̅ Gaya tekan maksimum adalah: ̅̅̅̅ Pada pembebanan tekan d harus lebih daripada d ̅̅̅̅ 2. Menerapkan rumus-rumus pada perhitungan tegangan tekan Contoh soal 1. Landasan mesin tempa dipasang pada sebuah fondasi beton dengan ukuran 20x20 cm. Beban tekan pada saat bekerja 104kgf. Bila berat mesin itu sendiri 500 kgf, berapakah tegangan tekan yang terjadi di fondasi pada saat mesin itu bekerja? Diketahui: A = 20x20 cm = 400 cm2 = 4.10-2m2 F = 104 kgf G = 500 kgf Ditanyakan: d =...? 40 Teknologi Dasar Otomotif Penyelesaian Tegangan tekan yang timbul 5. Menghitung Besarnya Penampang Benda yang Menerima Pembebanan Tarik Untuk menentukan ukuran bahan supaya tidak menimbulkan kerusakan karena akibat pembebanan, diperlukan pengrtian tentang tegangan yang diizinkan untuk bahan tersebut. Misalnya, tegangan patah dari bahan adalah b=B kgf/m2 Maka kalau bahan tadi dibebani tarikan sebesar B kgf tiap-tiap satu m2 penampang, bahan tersebut akan patah. Agar pembebanan tadi aman maka digunakan tegangan yang diizinkan dengan memperhitungkan fakor keamanan. Penentuan angka untuk faktor keamanan makin rendah berarti kualitas bahan atau kepercayaan terhadap bahan makin tinggi. Sebaliknya, angka faktor keamanan yang makin tinggi, keamananya menjadi semakin terjamin dan bukan berarti kualitas bahanya makin rendah. Besarnya tegangan tarik yang diizinkan: ̅ t = tegangan tarik B= tegangan patah s = faktor keamanan. Biasanya diambil antara 2-5. Semakin besar angka faktor keamanan, ukuran bahan akan semakin besar dan berarti dari pandangan ekonomis kurang menguntungkan. 41 Teknologi Dasar Otomotif Dari rumus: F = beban atau gaya yang harus ditahan (kgf, N, atau dyne) A = luas penampang bahan (m2 atau cm2) = tegangan (kgf/m2, N/m2, atau dyne/cm2) Contoh soal 1. Tentukan ukuran garis tengah batang baja yang mampu menahan beban taikan sebesar 10.000 kgf jika kekuatan tarik baja 7,5.107 kgf/m2 dan angka faktor keamanan diambil = 4! Diketahui: F = 104 kgf B = 7,5.107 kgf/m2 s = 4 Ditanyakan: D =...? Penyelesaian Tegangan tarik yang diizinkan: ̅̅̅ 42 Teknologi Dasar Otomotif Luas penampang: Diameter (gairs tengahnya); √ Diameter diambil D = 0,03 m maka: Tegangan tarik sesungguhnya: 43 Teknologi Dasar Otomotif 2. Tentukan ukuran lebar sabuk mesin yang digunakan unutk menggerakan poros penghantar bila daya motor penggerak sebesar 12 tenaga kuda berputar 60 putaran tiap menit! Garis tengah pully 2,4 meter dan tebal sabuk yang dipakai 4 mm dengan kekuatan tarik sebesar 2,5.105 kgf/m2. Diketahui: N = 12 TK n = 60 putaran tiap menit D = 2,4 m h = 4 mm = 4.10-3 t = 2,5.105 kgf/m2 Ditanyakan: b =...? Penyelesaian Kecepatan putaran/kecepatan keliling roda (v): Catatan: 1 TK = 75 kgf .m/detik 44 Teknologi Dasar Otomotif Luas penampang sabuk (A): Lebar sabuk mesin (b): A =b.h 4,777.10-4 =b.4.10-3 = 0,1194 m = 11,9 cm (dibulatkan menjadi 12 cm) 3. Sebuah kawat tembaga dengan luas penampang 1 cm2 dan panjangnya 40 cm, menerima beban tari sebesar 100 kgf. Berapakah perpanjangan dan regangannya? Modulus kenyal tembaga 1,15.1010 kgf/m2 Diketahui: A = 1 cm2 = 10-4 m2 Lo = 40 cm = 4.10-1 m F = 100 kgf E = 1,15.1010 kgf/m2 Ditanyakan: Lu-Lo =...? =...? Next >