BAB 4 Impact Tester [PDF]

Citation preview

Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12 BAB 4 IMPACT TESTER



4.1



Tujuan



Adapun tujuan dari praktikum ini adalah 1.



Mencari besaran nilai tenaga yang dibutuhkan untuk memecahkan bahan uji.



2.



Mencari besaran nilai impact bahan uji.



3.



Mengukur reaksi pukulan yang meliputi :



4.2



a.



Strength (kekuatan)



b.



Atickness (kelekatan)



c.



Buttleness (kelapukan)



Dasar Teori



Uji impact adalah pengujian dengan menggunakan



pembebanan yang cepat



(rapidloading). Pengujian impact merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Inilah



yang membedakan pengujian



impact dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana beban tidak selamanya terjadi secara berlahan-lahan melainkan datang secarat tiba-tiba, contoh deformasi pada bumper mobil pada saat terjadinya tumbukan kecelakaan.



Pada uji impact terjadi proses penyerapan energi yang besar ketika beban menumbuk spesimen. Energi yang diserap material ini dapat dihitung dengan menggunakan prinsip perbedaan energipotensial. Dasar pengujian impact ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk bahan uji sehingga bahan uji mengalami deformasi. Pada pengujian impact ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impact atau ketangguhan bahan tersebut.



Dalam menentukan ketahanan logam terhadap pembebanan kejut (Impact Strength), prinsipnya adalah seberapa besar gaya kejut yang dibutuhkan untuk mematahkan bahan uji dibagi dengan luas penampang patahan.



75



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



76



Alat uji impact tipe tester ini mempunyai beberapa bagian-bagian utama yang terdiri dari : a. Badan alat uji impact b. Pendulum c. Lengan pengayun d. Poros pengayun e. Bearing f. Tempat benda uji g. Busur derajat dan jarum penunjuk h. Pisau pemukul



Mula-mula pendulum yang dipergunakan untuk memukul dinaikkan sehingga membentuk sudut α. Kemudian pendulum dilepas dari posisi tersebut sehingga memukul bahan uji dan akan mengayun ke atas membentuk sudut β lalu ke posisi atau arah lain sehingga sisa energi rata-rata sudut β dapat diukur dan energi potensial (E) pun diperoleh. Tenaga potensial dari pendulum yang mengayundan membentuk sudut α dapat diberikan Persamaan 4.1 E1 = W x R ( 1 – cos α ) (kg m) ..........................................................................(4.1) Sedangkan tenaga potensial dari Pendulum yang mengayun keatas dan membentuk sudut β setelah memecah bahan uji dapat diberikan Persamaan 4.2 E2= W x R ( 1 – cos β ) (kg m) ..........................................................................(4.2) Dengan demikian, apabila friksi sudut dan tekanan udara diabaikan maka tenaga yang diperlukan untuk memecah bahan uji dapat diberikan Persamaan4.3 E = E1 – E2 (kg m) ..................................... ……………………..…………………………...(4.3) E = W x R ( cos β – cos α ) (kg m) Dimana : E



= tenaga yang dibutuhkan untuk memecahkan bahan uji (kg m)



W = berat pendulum (kg) R



= jarak dari notasi kepusat gravitasi (m)



α



= sudut posisi awal pendulum



β



= sudut posisi akhir pendulum



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12 Catatan : Sudut α diperoleh pada saat pendulum dinaikan keatas dalam keadaan konstan. Besarnya nilai impact dapat diketahui dari Persamaan 4.4 K=E/A..........................................................................................................(4.4) Dimana : K



= nilai impact (kg m/mm2)



E



= tenaga yang dibutuhkan untuk memecahkan sampel (kg m)



A



= luas penampang di bawah takikan (mm2)



4.3



Alat dan Bahan



Alat dan bahan yang digunakan pada uji impact tester ini adalah : 4.3.1 Alat Alat yang digunakan dalam praktikum impact tester adalah : 1.



Impact Machine



2.



Jangka Sorong



3.



Alat tulis dan modul



4.3.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam praktikum impact tester adalah : 1. Bahan uji berupa kayu yang digergaji 2. Bahan uji berupa keramik yang digergaji 3. Bahan uji berupa genteng yang digergaji



77



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



78



4.3.3 Gambar Alat dan Bahan Berikut gambar alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini.



Gambar 4.1 Impact Machine



Gambar 4.2 Jangka Sorong



Gambar 4.3 Bahan Kayu, Genteng, dan Keramik



Gambar 4.4 Impact Machine Lengkap



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12 4.4



79



Prosedur kerja



Adapun prosedur percobaan impact tester adalah sebagai berikut: 1. Siapkan alat dan bahan



Gambar 4.5: Keramik



Gambar 4.6: Kayu



Gambar 4.7: Genteng 2. Naikkan/tegakkan pendulum dan sandarannya dengan pendulum support handle.



Gambar 4.8: Tegakkan pendulum dan sandarannya 3. Pasang sampel dalam lubang sampel/the specimen holder pergunakan the specimen mount.



Gambar 4.9: Pemasangan Sampel



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



80



4. Pegang jarum penunjuk dalam hubungannya dengan jarum penunjuk, tetapkan roda pendulum.



Gambar 4.10: jarum penunjuk 5. Lepaskan pendulum dengan memutar pendulum support handle. Pendulum akan memulai bergerak ke bawah akan memukul dan kemudian akan mengayun ke atas pada bagian lain.



Gambar 4.11 : Melepas Pendulum 6. Hentikan pendulum sesudah mengayun pada bagian lain. 7. Baca ayunan dari pendulum dengan printer atau jarum dan hitung energi yang diperlukan untuk memecahkan sampel dengan beberapa cara persamaan atau gunakan perlengkapan table konversi lagi.



Gambar 4.12 : Membaca Skala



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12 4.5



81



Diagram Alur



Untuk lebih memperjelas prosedur percobaan yang telah dijelaskan di atas, dapat dilihat Gambar 4. sebagai prosedur percobaan dalam bentuk alur kerja praktikum Impact Tester berikut : Mulai



Menyiapkan alat dan bahan Mengukur dimensi benda uji menggunakan jangka sorong Memutar posisi jarum penunjuk alat uji impact pada posisi 00 Mengangkat pendulum sejauh 90⁰ dengan cara memutar berlawanan arah jarum jam secara perlahan-lahan. Meletakkan benda uji di tempat benda uji pada alat uji impact



Memposisikan benda uji pada posisi tengah dimana pisau pendulum berada sejajar dengan takikan benda tersebut



Menekan tuas untuk melepaskan pendulum agar mengayun dan mematahkan benda uji Menganalisis dan mengolah data Kesimpulan Selesai Gambar 4.13 Diagram Alir Praktikum Impact Tester



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12 4.6



82



Data Hasil Percobaan



Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan di laboratorium didapat data-data yang ditunjukkan pada Tabel 4.1 – 4.3 : Tabel 4.1 Perhitungan Data Keramik yang di Gergaji No.



Α



Β



0,085



135



115



0,0194



0,084



135



115



0,0201



0,081



135



121,5



Α



Β



135



122



Panjang



Lebar



Tinggi



(m)



(m)



(m)



1.



0,0585



0,0198



2.



0,0496



3.



0,0487



Tabel 4.2 Perhitungan Data Genteng yang di Gergaji No.



Panjang



Lebar



Tinggi



(m)



(m)



(m)



1.



0,0598



0,0213



0,0830



2.



0,0563



0,0295



0,0830



135



122



3.



0,0577



0,0214



0,0830



135



121



Α



Β



Tabel 4.3 Perhitungan Data Kayu No.



4.7



Panjang



Lebar



Tinggi



(m)



(m)



(m)



1.



0,0501



0,0280



0,0165



135



11



2.



0,0502



0,0192



0,0155



135



13



3.



0,0505



0,0196



0,0180



135



38



Analisis Data



Tujuan : Menghitung tenaga yang dibutuhkan untuk memecahkan sampel. Rumus yang digunakan berdasarkan persamaan (4.3) adalah : 4 E = W x R ( cos β – cos α ) (kg m) dimana : W = 1,591 kg R = 35,7 cm = 0,357 m Terdapat variabel α dan β.



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



83



Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan di laboratorium didapat data-data yang ditunjukkan pada Tabel 4.4 – 4.9 di bawah ini. Tabel 4.4 Data Percobaan Keramik yang di Gergaji No



β (rad)



Δβ (rad)



α (rad)



Δα (rad)



1 2 3



2,0071 2,0071 2,1206



0,0378 0,0378 0,0756



2,3562 2,3562 2,3562



0 0 0



𝛴𝛽 =



6,1348



𝜕𝐸 xΔ𝛽 𝜕𝛽



𝜕𝐸 xΔα 𝜕𝛼



c



𝐶^2



0,0195 0,0195 0,0366



0 0 0



0,0195 0,0195 0,0366



3,7894 x 10-4 3,7894 x 10-4 13,4155 x 10-4



𝛴𝛼 =



∑ 𝐶2 =



7,0686



20,9943 x 10-4



𝛼̅ =



𝛽̅ =



2,0449



2,3562



Perhitungan Percobaan 1 1150



β = 115o = 3600 𝑥 2𝜋 𝑟𝑎𝑑 = 2,0071 rad 1350



α = 135o = 3600 𝑥 2𝜋 𝑟𝑎𝑑 = 2,3562 rad ∆𝛽 = β – 𝛽̅ = 2,0071 – 2,0449 = 0,0378 ∆α = α – 𝛼̅ = 2,3562 – 2,3562 = 0



E    W R sin     E   = 1,591 x 0,357 x sin 115x (0,0378) 



E   = 0,0195  E    WR sin     E   = 1,591 x 0,357 x sin 135° x 0 



E   = 0 



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



84



c = a+b c=



E E     +  



c = W R sin     WR sin    c = 0,0195+ 0 c = 0,0195 ∑ 𝑐2



20,9943 x 10^−4



∆𝐸 = √𝑛(𝑛−1) = √



3(3−1)



20,9943 x 10^−4



=√



6



= 0,0187



𝐸1 = 𝑊. 𝑅{cos 𝛽 − cos 𝛼} 𝐸1 = 1,591 . 0,357{cos 115 − cos 135} 𝐸1 = 0,1616 E2 = 0,1616 E3 = 0,1049



Tabel 4.5 Tabel Data Perhitungan K Keramik No. 1 2 3 Total Average



P (mm) 58,50 49,60 48,70 156,80 52,2667



(P-h) (mm)



A=P.(P-h)



E



K=E/A



29,25 24,80 24,35 78,40 26,1333



1711,13 1230,08 1185,85 4127,05 1375,6833



0,1616 0,1616 0,1049 0,4280 0,1427



0,9443 x 10-4 1,3136 x 10-4 0,8842 x 10-4 3,1422 x 10-4 1,0474 x 10-4



Menentukan nilai uji impact tester (K) K = E/A Dimana A = P x (P-h) = P x ½P = 52,2667 x 26,1333 = 1375,6833 mm2



𝐸̅ =



∑ 𝑊. 𝑅{cos 𝛽 − cos 𝛼} 0,1616 + 0,1616 + 0,1049 0,4280 = = 𝑛 3 3 = 0,1427 𝑘𝑔𝑚



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



85



Hasil sesungguhnya : 𝐸 = 𝐸̅ + ∆𝐸 = 0,1427 + 0,0187 = 0,1614 kgm



Sehingga : 0,1614 𝑘𝑔𝑚



K = 1375,6833 𝑚𝑚2 = 1,1732 x 10-4 kgm / mm2



Kesalahan relatif :



∆𝐸 𝑥 𝐸̅



100% =



0,0187 0,1427



𝑥 100% =13,1044 %



Ketelitian : 100% − 𝐾𝑅 = 100% − 13,1044 % =86,8956 %



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



86



Tabel 4.6 Data Percobaan Genteng yang di Gergaji No



β (rad)



Δβ (rad)



α (rad)



Δα (rad)



1 2 3



2,1293 2,1293 2,1118



0,0058 0,0058 0,0116



2,3562 2,3562 2,3562



0 0 0



𝛴𝛽 =



𝜕𝐸 xΔ𝛽 𝜕𝛽



𝜕𝐸 xΔα 𝜕𝛼



c



𝐶2



0,0028 0,0028 0,0057



0 0 0



0,0028 0,0028 0,0057



0,0785 x 10-4 0,0785 x 10-4 0,3209 x 10-4



𝛴𝛼 =



6,3705



7,0686 𝛼̅ =



𝛽̅ =



2,1235



2,3562



Perhitungan Percobaan 1 122



β = 122o = 3600 𝑥 2𝜋 𝑟𝑎𝑑 = 2,1293 rad 1350



α = 135o = 3600 𝑥 2𝜋 𝑟𝑎𝑑 = 2,3562 rad ∆𝛽 = β - 𝛽̅ = 2,1293 – 2,1235 = 0,0058 ∆𝛼 = α - 𝛼̅ = 2,3562 – 2,3562 = 0



E    W R sin     E   = 1,591 x 0,357 x sin 122° x (0,0058) 



E   = 0,0028  E    WR sin     E   = 1,591 x 0,357 x sin 135° x 0 



E   = 0  c = a+b



∑ 𝐶2 =



0,4780 x 10-4



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



c=



87



E E     +  



c = W R sin     WR sin    c = 0,0028+ 0 c = 0,0028 ∆𝐸 = √



∑ 𝑐2 0,4780 x 10^ − 4 0,4780 x 10^ − 4 =√ =√ = 0,0028 𝑛(𝑛 − 1) 3(3 − 1) 6



𝐸1 = 𝑊. 𝑅{cos 𝛽 − cos 𝛼} 𝐸1 = 1,591 . 0,357{cos 122 − cos 135} 𝐸1 = 0,1006 E2 = 0,1006 E3 = 0,1091



Tabel 4.7 Tabel data Perhitungan K Genteng No. 1 2 3 Total Average



P (mm) 59,80 56,30 57,70 173,80 57,9333



(P-h) (mm) 29,90 28,15 28,85 86,90 28,9667



Menentukan nilai uji impact tester (K) K = E/A Dimana A



= P x ( P – h) =Px½P = 57,9333 x 28,9667 =1679,1700 mm2



A=P.(P-h) 1788,02 1584,85 1664,65 5037,51 1679,1700



E 0,1006 0,1006 0,1091 0,3104 0,1035



K=E/A 0,5629 x 10-4 0,6350 x 10-4 0,6554 x 10-4 1,8532 x 10-4 0,6177 x 10-4



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12 𝐸̅ =



88



∑ 𝑊. 𝑅{cos 𝛽 − cos 𝛼} 0,1006 + 0,1006 + 0,1091 0,3104 = = 𝑛 3 3 = 0,1035 𝑘𝑔𝑚



Hasil sesungguhnya : 𝐸 = 𝐸̅ + ∆𝐸 = 0,1035 + 0,0028 = 0,1063 𝑘𝑔𝑚



Sehingga : 0,1063



K = 1679,1700



𝑚𝑚2



= 6.3305 x 10-5 kgm / mm2



Kesalahan relatif :



∆𝐸 𝑥 𝐸̅



100% =



0,0028 0,1035



𝑥 100% = 2,7053 %



Ketelitian : 100% − 𝐾𝑅 = 100% − 2,7053 % = 97,2947%



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



89



Tabel 4.8 Data Percobaan Kayu No



β



Δβ



α



Δα



𝜕𝐸 xΔ𝛽 𝜕𝛽



1 2 3



0,1920 0,2269 0,6632



0,1687 0,1338 0,3025



2,3562 2,3562 2,3562



0 0 0



0,0183 0,0171 0,1058



𝛴𝛽 =



1,0821



0 0 0



0,0183 0,0171 0,1058



3,3434 x 10-4 2,9229 x 10-4 111,9128 x 10-4



7,0686



118,1791 x 10-4



2,3562



Perhitungan Percobaan 1 11



β = 11o = 3600 𝑥 2𝜋 𝑟𝑎𝑑 = 0,1920 rad 1350



α = 135o = 3600 𝑥 2𝜋 𝑟𝑎𝑑 = 2,3562 rad ∆𝛽 = β - 𝛽̅ = 0,1920 – 0,3607 = 0,1687 ∆𝛼 = α - 𝛼̅ = 2,3562 – 2,3562 = 0



E    W R sin     E   = 1,591 x 0,357 x sin 11° x (0,1687)  E   = 0,0183  E    WR sin    



E   = 1,591 x 0,357 x sin 135° x 0 



c = a+b



𝐶^2



∑ 𝐶2 =



𝛼̅ =



E   = 0 



c



𝛴𝛼 =



𝛽̅ =



0,3607



𝜕𝐸 xΔα 𝜕𝛼



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



c=



90



E E     +  



c = W R sin     WR sin    c = 0,0183 + 0 c = 0,0183



∆𝐸 = √



∑ 𝑐2 118,1791 x 10^ − 4 118,1791 x 10^ − 4 =√ =√ = 0,0444 𝑛(𝑛 − 1) 3(3 − 1) 6



𝐸1 = 𝑊. 𝑅{cos 𝛽 − cos 𝛼} 𝐸1 = 1,591 . 0,357{cos 11 − cos 135} 𝐸1 = 0,9592 𝐸2 = 0,9551 𝐸3 = 0,8492



Tabel 4.9 Tabel Data Perhitungan K Kayu No. 1 2 3 Total Average



P (mm) 50,10 50,20 50,50 150,80 50,2667



(P-h) (mm) 25,05 25,10 25,25 75,40 25,1333



Menentukan nilai uji impact tester (K) K = E/A Dimana A = P x ( P – h) =Px½P = 50,2667 x 25,1333 = 1263,3833 mm2



A=P.(P-h) 1255,01 1260,02 1275,13 3790,15 1263,3833



E 0,9592 0,9551 0,8492 2,7634 0,9211



K=E/A 7,6428 x 10-4 7,5797 x 10-4 6,6598 x 10-4 21,8823 x 10-4 7,2941 x 10-4



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12 𝐸̅ =



91



∑ 𝑊. 𝑅{cos 𝛽 − cos 𝛼} 0,9592 + 0,9551 + 0,8492 2,7634 = = 𝑛 3 3 = 0,9211 𝑘𝑔𝑚



Hasil sesungguhnya : 𝐸 = 𝐸̅ + ∆𝐸 = 0,9211 + 0,0444 = 0,9655 kgm



Sehingga : 0,9655 𝑘𝑔𝑚



K = 1263,3833 𝑚𝑚2 = 7,6422 x 10-4 kgm / mm2



Kesalahan relatif :



∆𝐸 𝑥 𝐸̅



100% =



0,0444 0,9211



𝑥 100% = 4,8203 %



Ketelitian : 100% − 𝐾𝑅 = 100% − 4,8203 % = 95,1796 %



4.8



Pembahasan



Berdasarkan hasil percobaan laboratorium didapatkan kekuatan dari masingmasing benda uji yaitu: 1. Kayu



: 7,6422 x 10-4 kgm / mm2



2. Keramik



: 1,1732 x 10-4 kgm / mm2



3. Genteng



: 6.3305 x 10-5 kgm / mm2



Hal ini menunjukkan bahwa setiap bahan memiliki kekuatan yang berbeda satu dengan yang lain. Namun hasil percobaan yang kami dapatkan tentu saja terdapat sedikit kesalahan. Kesalahan relatif dari masing-masing benda uji adalah: 1. Kayu



: 4,8203 %



2. Keramik



: 13,1044 %



3. Genteng



: 2,7053 %



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12



92



Adapun faktor kesalahan dalam praktikum ini adalah: 1.



Pembulatan hasil.



2.



Kurang teliti dalam membaca skala/derajat.



3.



Kurang tepat dalam meletakkan sampel di tempat benda uji (maksudnya tidak tepat meletakkan sampel pada posisi tengah di tempat benda uji sehingga pisau pada pendulum berada tidak sejajar dengan takikan sampel tersebut).



4.9



Aplikasi dalam Bidang Teknik Sipil



Aplikasi yang dapat dilakukan dalam bidang teknik sipil dari praktikum alat uji impak adalah: 1. Untuk mengetahui kekuatan atau ketahanan suatu bahan yang akan digunakan dalam sebuah konstruksi bangunan. 2. Untuk memilih bahan-bahan konstruksi bangunan yang berkualitas. 3. Digunakan untuk menentukan jenis baja yang memiliki impact tinggi.



4.10



Kesimpulan



Adapun kesimpulan dan saran yang dapat diambil dari praktikum Impact Tester ini adalah sebagai berikut : 1. Energi yang diserap oleh benda uji 1 (Kayu yang digergaji) = 0,9655 kgm. Energi yang diserap oleh benda uji 2 (Keramik) = 0,1614 kgm Energi yang diserap oleh benda uji 3 (Genteng) = 0,1063 kgm Energi yang diserap dan ketangguhan impact Kayu lebih besar daripada Keramik. Ketangguhan setiap benda tidak sama. Hal ini disebabkan beberapa faktor, antara lain: a. Komposisi material penyusunnya. b. Cara pembuatan. c. Penyimpanan / pemeliharaan. d. Lama waktu penyimpanan



Laporan Praktikum Fisika Dasar 2018 BAB 4 Impact Tester Kelompok 12 4.11



93



Saran



Untuk meminimalisir kesalahan dalam melakukan praktikum alat uji impact ini, maka kita perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut: 1. Teliti dalam meletakkan sampel di tempat benda uji (maksudnya sampel diletakkan tepat pada posisi tengah sehingga pisau pada pendulum berada sejajar dengan takikan sampel tersebut). 2. Teliti dalam membaca skala atau derajat yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk pada busur derajat. 3. Memahami percobaan sebelum praktikum dilaksanakan.