PENGUKURAN GAYA GESEK STATIS
PADA BERBAGAI MACAM BERAS
Yazid Ismi Intara1, M. Sjahrul Annas2
1Departemen Agroteknologi, FAPERTA Universitas Mulawarman 2
Jurusan Teknik Mesin, Universitas Trisakti Abstract
The force required for the initial transfer as a static friction. The objective of this research is to calculate the magnitude of the coefficient of static friction of the various types of rice which is the object of measurement, by measuring the static friction. The measurement results are the static frictional forces between red rice and wood for 6.281 N/cm2 and 5.963 N/cm2 for rubber. Measurement of static friction ordinary rice with wood 5.744 N/cm2 and with a rubber 5.670 N/cm2. Measurement of static friction for
white glutinous rice with the wood of 6.158 N/cm2 and rubber at 6.037 N/cm2. Measurement of static friction for black glutinous rice with the wood amounted to 4.841 N/cm2 and the rubber of 5.549 N/cm2.
Key Words :static friction, rice, wood, rubber
Pendahuluan
Gesekan (friction) dalam banyak kasus sangat menentukan pada semua bidang mekanisasi pertanian. Gesekan selalu terjadi pada beberapa bentuk selama pergerakan bahan dan mempengaruhi gaya yang dihasilkan. Struktur penyimpanan di dalam silo dan lainnya, beban vertikal pada dinding ditentukan oleh koefisien gesekan. Selama pemindahan secara pneumatis, khususnya pada bahan berkonsentrasi tinggi, gesekan antara bahan dengan dinding merupakan hambatan yang cukup penting. Elemen tertentu pada alat pengangkut misalnya screw conveyor dapat dihitung jika koefisian gesekan diketahui. Perilaku produk-produk butiran (granular) dalam bentuk curah (bulk) sangat tergantung pada nilai koefisien gesekan. Gesekan sangat berperan selama proses pemotongan dan pengepresan produk-produk pertanian.
Sebuah benda apabila diletakkan pada sebuah permukaan datar maka benda tersebut dapat dipindahkan hanya jika ada gaya dorong yang melebihi gaya gesek benda. Gaya yang dibutuhkan untuk perpindahan awal disebut sebagai gaya gesek statis dan setelah mulai bergerak, gaya gesek umumnya menurun dan gerakan dapat dilakukan dengan gaya yang lebih rendah. Gaya yang dibutuhkan untuk mengatur gerakan atau perpindahan disebut sebagai gaya gesek kinetik.
Gaya gesekan statis maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Benda setelah mulai bergerak, gaya gesekan antara kedua permukaan berkurang sehingga gaya yang diperlukan untuk menjaga benda agar tetap bergerak akan lebih kecil. Gaya gesekan antara dua benda yang bergerak ini dinamakan gaya gesekan kinetik.
Perbandingan antara gaya gesek statik maksimum dengan besarnya gaya normal disebut koefisien gesek statik . Jika Fs adalah
gaya gesek statik maka N Fs =
µ
s.Perbandingan antara gaya gesek kinetik dengan gaya normal disebut koefisien gesek kinetik. Jika Fk adalah gaya gesek kinetik maka
N Fk =
µ
k.Koefisien gesek kinetik dapat didekati dengan pengukuran koefisien gesek statik. Besarnya koefisien gesek kinetik adalah ±25% lebih kecil dari koefisien gesek statik (Giancoli, 1992; Beer dan Johnston, 1990). Koefisien gesek statik ( µs ) diperoleh dengan
menggunakan persamaan : n s
τ
τ
µ
=
max ……...(1)dimana : τmax = Tegangan gesek maksimum
(kg/cm2)
τn = Tegangan Normal (kg/cm 2
Tujuan dari pengukuran ini adalah untuk menghitung besarnya koefisien gesek statik dari berbagai jenis beras yang menjadi objek pengukuran, dengan cara mengukur gaya gesek statik.
Bahan dan Metode
Pengukuran gaya gesek ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Keteknikan Pertanian Leuwikopo, Institut Pertanian Bogor. Alat ukur yang digunakan pada pengukuran ini adalah alat pengukur gaya gesek hasil rancangan Suastawa dan Radite (1998).
Beban
Dudukan
Motor
Listrik
Bahan
Karet/Kayu
F
Ring
Transducer
Gambar 1. Alat Ukur Gaya gesek statik (Suastawa dan Radite, 1998)
Bahan dan alat yang digunakan dalam pengukuran gaya gesek adalah: Beras biasa , beras merah, beras ketan putih, beras ketan hitam, alat pengukur gaya gesek statik , Interface (A/D converter), 1 unit komputer, strain amplifier, multimeter dan timbangan. Tahapan yang dilakukan dalam pengukuran ini adalah :
1. Kalibrasi Transducer
Transducer adalah suatu alat electromechanical yang mengkonversi perubahan mekanik seperti perpindahan, gaya, dll menjadi signal listrik yang dapat dimonitor selaku voltase. Jadi transducer gaya mengkonversi besarnya perubahan gaya yang terjadi pada objek yang diaplikasikan menjadi
signal listrik. Sensor gaya yang digunakan pada pengukuran adalah 2 buah electrical resistance strain gage KYOWA tipe KFC-1-C1-11.
Kalibrasi transducer sangat penting dilakukan untuk mengecek nilai keluaran terhadap suatu standar yang diketahui agar kesalahan pengukuran yang dilakukan dapat dibuat sekecil-kecilnya. Prosedur kalibrasi adalah dengan membandingkan keluaran suatu instrumen dengan suatu standart primer, standar sekunder, atau dengan input yang diketahui. Melalui kalibrasi akan diperoleh suatu formula yang menghubungkan nilai yang diketahui dengan nilai yang tidak diketahui.
P Strain Gage Ring Transducer Bridge Box Strain Amp Multimeter
Kalibrasi tranducer yang dilakukan pada pengukuran ini adalah dengan memberi berbagai beban yaitu : 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 dan 5,0 kg secara tegak lurus pada ring transducer , lalu voltase keluaran pada setiap beban diukur.
Hasil kalibrasi yang didapat dapat dilihat pada tabel. 1 dibawah ini :
Tabel 1. Hasil kalibrasi Transducer Beban (kg) Voltase 0 0,00 0,5 0,03 1 0,05 1,5 0,07 2 0,09 2,5 0,11 3 0,13 3,5 0,15 4 0,17 4,5 0,19 5 0,21
Hasil kalibrasi di atas dapat dibuat menjadi grafik seperti pada gambar di bawah ini :
Gambar 3. Hasil Kalibrasi Transducer
Persamaan regresi yang diperoleh untuk hasil kalibrasi yaitu :
Y = 24,408 X - 0,162 ……… (2) Dimana : Y = Beban (kg)
X = Tegangan (Volt)
2. Tahap Pengukuran Gaya Gesek Bahan Uji Tahapan pengukuran gaya gesek bahan uji yang dilakukan yaitu sebagai berikut:
a. Gaya gesek statik antara beras merah dengan kayu.
b. Gaya gesek statik antara beras merah dengan karet
c. Gaya gesek statik antara beras biasa dengan kayu
d. Gaya gesek statik antara beras biasa dengan karet
e. Gaya gesek statik antara beras ketan putih dengan kayu
f. Gaya gesek statik antara beras ketan putih dengan karet.
g. Gaya gesek statik antara beras ketan hitam dengan kayu
h. Gaya gesek statik antara beras ketan hitam dengan karet
Hasil dan Pembahasan 1. Pengukuran Gaya Gesekan Statik
Gaya gesekan statik adalah sama dengan gaya yang diberikan agar benda tersebut mulai bergerak. Pengukuran dalam penelitian ini adalah gaya gesek statik antara 4 jenis beras dengan karet serta kayu. Besarnya gaya gesekan statik hasil pengukuran yang terbaca pada monitor komputer adalah berupa voltase. Hasil pengukuran yang dilakukan adalah sebagai berikut :
Gambar 4. Gaya Gesek Statis antara Beras Merah dengan Kayu Gambar di atas menunjukkan bahwa
gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,264 Volt. Besarnya gaya yang diperoleh ini masih dalam Volt, untuk mengkonversi digunakan persamaan dari kalibrasi yaitu persamaan (2). Data hasil pengukuran selanjutnya digunakan cara yang sama. Beban pada gaya gesek statis antara beras merah dengan kayu adalah :
Y = 24,408 (0,264) - 0,162 = 6,281
Oleh sebab itu besarnya gaya gesek statis antara beras merah dengan kayu adalah sebesar 6,281 N/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras merah sebesar 6,281 N pada bidang kayu seluas 1 cm2
.
Gambar 5. Gaya Gesek Statik antara Beras Merah dengan Karet Hasil pengukuran gaya gesek statis
antara beras merah dengan karet seperti tampak pada gambar 5 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,251 Volt. Jadi beban pada gaya gesek statik yang terjadi adalah :
Fs = 24,408 (0,251) - 0,162
= 5,963
Oleh sebab itu besarnya gaya gesek statis antara beras merah dengan karet adalah sebesar 5,963 N/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras merah sebesar 5,963 N pada bidang karet seluas 1 cm2.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 50 100 150 200 Vo lt Waktu (Dtk)
Gambar 6. Gaya Gesek Statik antara Beras Biasa dengan Kayu Beras yang digunakan pada
pengukuran ini adalah beras Cianjur. Gambar 6 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,242 Volt. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah :
Fs = 24,408 (0,242) - 0,162
= 5,744
Oleh sebab itu besarnya gaya gesek statis antara beras biasa dengan kayu adalah sebesar 5,744 N/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras biasa sebesar 5,744 N pada bidang kayu seluas 1 cm2.
Gambar 7. Gaya Gesek Statik antara Beras Biasa dengan Karet Gambar 7 menunjukkan bahwa gaya
maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,239 Volt. Jadi gaya gesek statis yang terjadi adalah :
Fs = 24,408 (0,239) - 0,162
= 5,670.
Oleh sebab itu besarnya gaya gesek statis antara beras biasa dengan karet adalah sebesar 5,670 N/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras biasa sebesar 5,670 N pada bidang karet seluas 1 cm2.
Gambar 8 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,259 Volt. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah :
Fs = 24,408 (0,259) - 0,162
= 6,158
Oleh sebab itu besarnya gaya gesek statis antara beras ketan putih dengan kayu adalah sebesar 6,158 N/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras ketan putih sebesar 6,158 N pada bidang kayu seluas 1 cm2.
Gambar 8. Gaya Gesek Statik antara Beras Ketan Putih dengan Kayu
Gambar 9. Gaya Gesek Statik antara Beras Ketan Putih dengan Karet Gambar 9 menunjukkan bahwa gaya
maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,254 Volt. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah :
Fs = 24,408 (0.254) - 0,162
= 6,037
Oleh sebab itu besarnya gaya gesek statis antara beras ketan putih dengan karet adalah sebesar 6,037 N/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras ketan putih sebesar 6,037 N pada bidang karet seluas 1 cm2.
Gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,205 Volt seperti yang tampak pada gambar 10. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah :
Fs = 24,408 (0,205) - 0,162
= 4,841
Oleh sebab itu besarnya gaya gesek statis antara beras ketan hitam dengan kayu adalah sebesar 4,841 N/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras ketan hitam sebesar 4,841 N pada bidang kayu seluas 1 cm2.
Gambar 11. Gaya Gesek Statik antara Beras Ketan Hitam dengan Karet Gambar 11 menunjukkan bahwa gaya
maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,234 Volt. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah :
Fs = 24,408 (0,234) - 0,162
= 5,549
Oleh sebab itu besarnya gaya gesek statis antara beras ketan hitam dengan karet adalah sebesar 5,549 N/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras ketan hitam sebesar 5,549 N pada bidang karet seluas 1 cm2. 2. Perhitungan Tegangan Maksimum dan
Tegangan Normal
Tegangan Maksimum untuk benda-benda di atas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
A Fs
= m
τ
dimana : τm = Tegangan maksimum yang
terjadi
Fs = Gaya Gesek statik
A = Luas penampang wadah bagian dalam.
Tegangan maksimum yang terjadi antara beras merah dengan kayu adalah :
200 6,281012
m =
τ
kg/cm2= 0.03140506 kg/cm2
Hasil perhitungan untuk jenis yang lain dengan menggunakan cara yang sama pula dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Tegangan Maksimum
Kayu Karet
Beras merah 0,03141 0.02982 Beras biasa 0.02872 0.02835 Beras ketan putih 0.03080 0.03019 Beras ketan hitam 0.02421 0.02774
Tegangan normal adalah tegangan yang arahnya tegak lurus bidang di mana gaya itu bekerja. Tegangan normal dalam pengukuran ini dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
A Fn
n =
τ
dimana : τn = Tegangan Normal
Fn = Gaya Normal yang bekerja
A = Luas penampang Tegangan normal yang terjadi adalah :
200 964 , 2 = n
τ
kg/cm2 = 0.01482 kg/cm2Wadah dan beban yang diberikan pada pengukuran ini adalah sama untuk semua jenis beras dan perlakuan yang ada maka tegangan normal yang terjadi adalah sama untuk semua jenis beras dan perlakuan yang diberikan. 3. Perhitungan Koefisien Gesek Statik
Koefisien gesek dihitung berdasarkan persamaan (1) . Hasil perhitungannya dapat dilihat pada Tabel 3. dibawah ini :
Tabel 3. Koefisien gesek statik
Kayu Karet
Beras Merah 2.1194 2.0122 Beras Biasa 1.9379 1.9130 Beras Ketan Putih 2.0783 2.0371 Beras Ketan
Hitam 1.6336 1.8718
Kesimpulan
Pengukuran yang dilakukan menunjukkan bahwa pada dasarnya koefisien gesek statik antara beras dan kayu lebih besar dari pada koefisien gesek statik antara beras dan karet. Penyimpangan pada beras ketan hitam terjadi mungkin karena wadah beras juga bergesek dengan karet sehingga terjadi penambahan gaya gesek. Namun hal ini dapat juga terjadi karena sebagian beras ketan hitam yang bersentuhan dengan permukaan kayu bukan bergeser tetapi menggelinding sehingga terjadi penurunan gaya gesek.
Daftar Pustaka
Bueche, F.J. 1996. Teori dan soal-soal Fisika; Schaum Series. Erlangga. Jakarta
Darma, 2001. Disain dan Analisa kebutuhan tenaga alat pemarut sagu tipe silinder, Thesis, Pascasarjana IPB, Bogor
Giancoli, D. C. 1991, Phisic : Principles With Application. Prentice Hall International Inc London.
Halliday,D and Resnick, R. 1985. Fisika. Erlangga. Jakarta
Nash, W. A , 1957, Strenght of Materials, Schaum Series. McGraw-Hill Book Company, New York.
Smith, H. P and Wilkes, L. H. 1976. (Tri Purwadi. 1996). Mesin dan Peralatan Usaha Tani. Gajah Mada University Press. Yogyakarta.
Suastawa, I dan Radite P A S. 1998. Rancang Alat Percobaan untuk Menentukan Gaya Gesek Biji Kacang-kacangan dengan Berbagai Permukaan Material. Laporan Penelitian Mandiri (tidak dipublikasikan). Departemen Teknik Pertanian. FATETA IPB. Bogor.
