Menentukan Nilai Modulus Young dari Besi

(1)

LAPORAN EKSPERIMEN FISIKA DASAR 1 MENENTUKAN NILAI MODULUS YOUNG DARI

BESI, KUNINGAN, DAN TEMBAGA

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Eksperimen Fisika Dasar 1

Dosen Pengampu: Dr. Setiya Utari, M.Si.

Disusun oleh :

Fathan Muhammad Izzuddin 1506910

Anggota Kelompok :

Alifattun Nazwiyah 1505443

Sri Mulyani 1507520

Suhu (o_C) _{Tekanan (cmHg)}

Sebelum 25.50 ± 0.25 68.630 ± 0.005

Sesudah 26.00 ± 0.25 68.690 ± 0.005

DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

(2)

A. Rumusan masalah

1. Apa variabel bebas, terikat, dan kontrol dalam eksperimen ini? 2. Berapa nilai modulus young dari besi, kuningan, dan tembaga?

3. Apakah nilai modulus young dari besi, kuningan, dan tembaga hasil eksperimen sesuai dengan literatur?

B. Tujuan

1. Mengetahui variabel bebas, terikat, dan kontrol dalam eksperimen ini. 2. Mengetahui nilai modulus young dari besi, kuningan, dan tembaga.

3. Mengetahui kesesuaian nilai modulus young dari besi, kuningan, dan tembaga hasil eksperimen dengan literatur.

C. Dasar Teori

Elastisitas merupakan kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk semula segera setelah gaya yang diberikan kepada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuah benda berada dalam keadaan seimbang tetapi dipengaruhi oleh gaya-gaya seperti tarikan, dorongan, atau tekanan. Maka Benda tersebut akan mengalami perubahan bentuk. Apabila benda tersebut ke bentuk semulanya setelah gaya yag diberikan tersebut dihilangkan maka benda tersebut dikatakan elastik. Kebanyakan benda dapat dikatakan elastik sampai pada batas-batas tertentu. Jika gaya yang diberikan terlalu besar dan batas elastiknya terlampaui, maka benda tersebut tidak akan kembali ke bentuk semulanya.

Thomas Young (1807) mengemukakan bahwa modulus young adalah perbandingan antara stress normal terhadap strain normalnya (tegak lurus permukaannya). Dalam hal ini modulus young merupakan salah satu dari modulus elastisitas. Modulus Young dapat dijabarkan sebagai perbandingan antara tegangan dan regangan.

(3)

Menurut Hukum Hooke, tekanan atau tarikan yang bekerja pada seutas tali/kawat atau batang akan mengakibatkan perubahan panjang kawat atau pelengkungan pada batang tersebut. Selama dalam batas elastisitas, perbandingan antara tekanan (stress) dengan perubahan realif atau regangan (strain) yang diakibatkan konstan. Untuk perubahan dalam satu dimensi, konstanta tersebut dinyatakan dengan modulus elastisitas/modulus young. Beban yang menimbulkan gaya F pada kawat/tali dengan luas penampang akan memberikan stress sebesar:

P = F_A ...1

sedangkan penambahan panjang kawat/tali dibandingkan dengan panjang mula-mula dinyatakan dengan:

R = ∆ l

l ...2

Modulus Young dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami benda tersebut sehingga secara matematis dapat ditulis:

E = F_l/_/_lA

=

_{A l}Fl ...3

Keterangan:

E = modulus elastisitas (N/m2₎

R = _{tegangan atau stress (N/m)}

F = gaya tarik (N)

A = luas penampang (m2₎

l = perubahan ukuran panjang (m)

(4)

Dalam menentukkan modulus young, pengamatan menggunakan media teleskop kerap dilakukan.

Gambar 2. Gambaran pengamatan menggunakan media teleskop

x dalam gambar merupakan jarak antara meteran skala dengan cermin datar. Pada cermin kaki tiga datar, terdapat 3 kaki yang menyangga cermin tersebut. Sehingga:

dari gambar 3, didapat persamaan:

z=

√

d2 −

(

c

2

)

2

...4

Untuk mencari modulus young (E) maka harus menghitung terlebih dahulu penyimpangan titik tengah batang uji dari titik seimbangnya ketika diberi beban yang disimbolkan dengan e. Persamaannya dapat ditulis:

e=z ∆ y

2x ...5

Sehingga untuk mendapatkan nilai modulus young, dapat digunakan persamaan:

E= L 3_mg

4a3_be ...6

(5)

Dengan menyubtitusikan persamaan 5 ke persamaan 6 maka didapat

m maka persamaan dapat menjadi

E= L

3_gx

2a3bz∝ ...9

D. Alat dan bahan

Tabel 1. Alat dan bahan yang digunakan pada saat eksperimen

No

. Nama alat dan bahan Jumlah Spesifikasi

1 Teleskop 1

-2 Main Base 1

-3 Penggaris 1 (... ±0.05) cm

4 Meteran Skala 1

-5 Cermin kaki tiga / Optical

lever 1

-6 Pengait Beban 1

-7 Batang uji kuningan

(Brass test bar) 2

Panjang = (...±0.05)cm

Lebar = (...±0.005)cm

Tebal = (...±0.005)cm

8 Batang uji besi (Iron test

bar) 2

Lebar = (...±0.005)cm

(6)

9 Batang uji tembaga

(Copper test bar) 2

Lebar = (...±0.005)cm

Tebal = (...±0.005)cm

10 Meteran 1 (...±0.05)cm

11 Jangka sorong 1 (...±0.005)cm

12 Statif 1

-13 Test Weight 1 (...±0.05)gr

14 Alat tulis 1

-15 Laptop 1

-16 Kalkulator 1

-17 Milimeter blok 1

-E. Prosedur percobaan

1) Mengukur ketebalan dan lebar batang uji (tembaga, besi, dan kuningan) dengan menggunakan jangka sorong dengan memperhatikan skala nol jangka sorong sebelum melakukan pengukuran.

2) Mengukur jarak kaki tiga cermin yaitu c, d, dan z. 3) Mengatur susunan posisi alat yang akan digunakan. 4) Mengukur jarak antara kedua penumpu batang uji (L).

5) Memasang teleskop pada jarak tertentu (x) yang cukup jauh dari cermin datar dimana x.

6) Mengukur massa beban gantung. 7) Merangkai sketsa peralatan.

8) Mengatur posisi dan arah teleskop sehingga bayangan meteran skala dari penggaris pada cermin dapat dilihat jelas melalui teleskop, lalu mencatat skala yang ditunjukkan oleh tanda silang pada teleskop beri nama yo

(langkah ini dilakukan sebelum batang mendapat beban M).

(7)

10) Memberikan tambahan beban gantung, dan melakukan langkah ke-8 untuk semua beban gantung yang tersedia (7 beban).

11) Mengurangi beban satu demi satu sampai beban-7, kemudian mencatat kedudukan skala yang tampak pada koordinat teleskop (0,0).

12) Melakukan langkah pertama hingga kesepuluh untuk batang uji yang berbeda.

F. Data Pengamatan

Tabel 2. Data hasil pengukuran tebal (a), lebar (b), dan panjang (L) pada batang uji, serta jarak antara meteran skala dengan cermin datar (x) dan jarak tegak lurus kaki cermin datar (z)

Bahan a (cm) b (cm) L (cm) x (cm) z (cm)

Besi 0.52 1.64 40 162 3.6

Kuninga n

0.52 1.62 40 161 3.6

Tembaga 0.52 1.65 40 161 3.6

1. Besi

Data hasil pengamatan yo dan y1 ketika terjadi penambahan beban dan

pengurangan beban disajikan dalam tabel 3 dan tabel 4.

Tabel 3. Data penambahan beban pada besi

No

. Massa (gram)

yo (mm) _y

1 (mm)

1 277.84 20 28

2 478.86 20 37

3 679.86 20 45

4 880.94 20 54

5 1082.02 20 64

6 1283.04 20 72

(8)

Tabel 4. Data pengurangan beban pada besi

No

. Massa (gram) yo (mm) y1 (mm)

1 1484 81 73

2 1283.04 81 65

3 1082.02 81 56

4 880.94 81 47

5 679.86 81 40

6 478.86 81 31

7 277.84 81 20

2. Kuningan

Tabel 5. Data penambahan beban pada kuningan

No

. Massa (gram)

yo (mm) _y

1 (mm)

1 277.84 150 173

2 478.86 150 191

3 679.86 150 219

4 880.94 150 227

5 1082.02 150 244

6 1283.04 150 262

7 1484 150 280

Tabel 6. Data pengurangan beban pada kuningan

No

. Massa (gram)

yo (mm) _y

(9)

1 1484 280 257

2 1283.04 280 239

3 1082.02 280 211

4 880.94 280 203

5 679.86 280 185

6 478.86 280 167

7 277.84 280 150

3. Tembaga

Tabel 7. Data penambahan beban pada tembaga

No

. Massa (gram) yo (mm) y1 (mm)

1 277.84 170 184

2 478.86 170 202

3 679.86 170 216

4 880.94 170 230

5 1082.02 170 244

6 1283.04 170 259

7 1484 170 274

Tabel 8. Data pengurangan beban pada tembaga

No

. Massa (gram)

yo (mm) _y

1 (mm)

1 1484 274 257

(10)

3 1082.02 274 226

4 880.94 274 212

5 679.86 274 198

6 478.86 274 184

7 277.84 274 170

G. Pengolahan data 1. Besi

a. Kondisi saat penambahan beban

Nilai ∆y yang didapat dari hasil

|

y₁−y_o

_|

yang terdapat pada tabel

3 disajikan dalam tabel berikut:

Tabel 9. Nilai ∆y saat kondisi penambahan beban pada besi

No

. Massa (gram) ∆y (mm)

1 277.84 8

2 478.86 17

3 679.86 25

4 880.94 34

5 1082.02 44

6 1283.04 52

7 1484 61

Sehingga nilai modulus young (E) dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut:

(11)

Gambar 4. Grafik yang dibuat menggunakan microsoft excell

Dari grafik diketahui bahwa α=0.0441 , maka:

E= L

3_gx

2a3bz∝

E=

(

40×10

−2

₎

3

(9.81)(1.62)

2

(

0.52×10−2

₎

3

(1.64×10−2

)(3.6×10−2

)(0.0441)

E=

(

138.911×109

)

N/m2 2) Menggunakan microcal origin

Gambar 5. Grafik yang dibuat menggunakan microcal origin

(12)

Dari gambar 6, diketahui bahwa α ≈0.0441 dan error B ≈

3) Membuat grafik secara manual

(13)

Sehingga:

b. Kondisi saat pengurangan beban

|

y₁−y_o

_|

Tabel 10. Nilai ∆y saat kondisi penambahan beban pada besi

No

(14)

1) Menggunakan microsoft excell

E= L

3

gx 2a3bz∝

E=

(

40×10

−2

₎

3

(9.81)(1.62)

2

(

0.52×10−2

₎

3

(1.64×10−2

)(3.6×10−2

)(0.0432)

E=

(

141.805×109

₎

N/m2

2) Menggunakan microcal origin

Gambar 8. Grafik yang dibuat menggunakan microcal origin

(15)

Dari gambar 9, diketahui bahwa α ≈0.0432 dan error B ≈

(16)

Sehingga:

|

y₁−y_o

_|

Tabel 11. Nilai ∆y saat kondisi penambahan beban pada kuningan

(17)

1. Menggunakan microsoft excell

E= L

3

gx 2a3bz∝

E=

(

40×10

−2

₎

3

(9.81)(1.61)

2

(

0.52×10−2

₎

3

(1.62×10−2

)(3.6×10−2

)(0.0867)

E=

(

71.088×109

₎

_N /m2

(18)

Gambar 12. Hasil analisis gambar 11 oleh microcal origin

(19)

∆∝1=

|

∝1−∝2

|

=0.04

|

y₁−y_o

_|

Tabel 12. Nilai ∆y saat kondisi pengurangan beban pada kuningan

(20)

5 679.86 95

6 478.86 113

7 277.84 130

Gambar 13. Grafik yang dibuat menggun akan microsoft excell

E= L

3_gx

2a3_bz_∝

E=

(

40×10

−2

₎

3

(9.81)(1.61)

2

(

0.52×10−2

₎

3

(1.62×10−2

)(3.6×10−2

)(0.0872)

E=

(

70.681×109

)

(21)

(22)

∆∝1=

|

∝1−∝2

|

=0.025

|

y₁−y_o

_|

Tabel 13. Nilai ∆y saat kondisi penambahan beban pada tembaga

No

. Massa (gram) ∆y (mm)

1 277.84 14

2 478.86 32

(23)

4 880.94 60

5 1082.02 74

6 1283.04 89

7 1484 104

E= L

3

gx 2a3bz∝

E=

(

40×10

−2

₎

3

(9.81)(1.61)

2

(

0.52×10−2

₎

3

(1.65×10−2

)(3.6×10−2

)(0.0732)

E=

(

82.668×109

)

(24)

(25)

∆∝1=

|

∝1−∝2

|

=0.035

|

y₁−y_o

_|

Tabel 14. Nilai ∆y saat kondisi pengurangan beban pada tembaga

(26)

5 679.86 76

6 478.86 90

7 277.84 104

Gambar 19. Grafik yang dibuat menggun akan microsoft excell

E= L

3

gx 2a3_bz_∝

E=

(

40×10

−2

₎

3

(9.81)(1.61)

2

(

0.52×10−2

₎

3

(1.65×10−2

)(3.6×10−2

)(0.0712)

E=

(

84.990×109

₎

_N /m2

(27)

Gambar 21. Hasil analisis gambar 20 oleh microcal origin 3) Membuat grafik secara manual

(28)

∆∝1=

|

∝1−∝2

|

=0.009

(29)

regangan maka nilai E akan bernilai lebih kecil ketika penambahan beban (regangan besar) daripada ketika pengurangan beban.

Berdasarkan hasil pengukuran peneliti, nilai modulus young dari setiap batang uji adalah sebagai berikut:

Nilai modulus young besi, kuningan, dan tembaga pada saat penambahan beban adalah sebagai berikut:

Gambar 15. Nilai Modulus Young berdasarkan hasil pengukuran

Bahan Modulus Young (N/m2₎

Microsoft excell Microcal origin Manual

Besi 138.911×109 (138.911±0.027)10(95.7189 ±0.132)109

Kuningan _71.088×₁₀9 ₍

71.088±0.024)109(79.607±0.213)

109

Tembaga 82.668×109 (82.668±0.066)109(84.046±0.213)

109

Nilai modulus young besi, kuningan, dan tembaga pada saat pengurangan beban adalah sebagai berikut:

Besi 141.805×109 141.805±0.056

¿

) 109

(87.514±0.215)109

Kuningan 70.681×109 ₍_67.729_±_0.023₎₁₀9₍_73.373_±0.148₎

109

Tembaga

₍

_84.990_×109

₎

₍_84.990_±_0.005₎₁₀9₍_81.591_±_0.039₎

109

Sedangkan Kane & Sterhim (1991) menyebutkan bahwa nilai modulus young setiap batang uji adalah sebagai berikut:

Gambar 17. Nilai Modulus Young berdasarkan literatur

(30)

Besi 21×1010

Kuningan 9×1010

Tembaga 11×1010

Menentukan nilai modulus young (E) suatu benda dapat terjadi ketidak pastian dalam variabel bebas benda yaitu massa. Hal ini menyebabkan nilai E batang uji yaitu kuningan, tembaga, dan besi akan berbeda dengan literatur. Ketidakpastian tersebut dapat berupa :

a. Fokus teleskop berubah ketika sedang melakukan pengamatan.

b. Penambahan beban tidak diletakkan secara hati-hati sehingga saat pembacaan skala tidak dalam keadaan setimbang.

c. Alat ukur yang digunakan pada percobaan memiliki ketelitian yang kurang tinggi sehingga perubahan panjang kurang teramati secara tepat.

d. Kesalahan pengamat dalam membaca skala alat ukur (mistar).

e. Keadaan ruangan seperti getaran.

I. Kesimpulan

Dalam eksperimen ini, variabel bebasnya adalah penambahan beban, variabel terikatnya adalah penyimpangan titik tengah batang, dan variabel kontrolnya adalah kondisi geometris dan jenis logam.

Nilai modulus young besi, kuningan, dan tembaga pada saat penambahan beban adalah sebagai berikut:

Besi _138.911×₁₀9

(138.911±0.027)10(95.7189 ±0.132)109

Kuningan 71.088×109 ₍_71.088_±_0.024₎₁₀9₍_79.607_±0.213₎

(31)

Tembaga _82.668_×₁₀9 ₍

82.668±0.066)109(84.046±0.213)

109

Nilai modulus young besi, kuningan, dan tembaga pada saat pengurangan beban adalah sebagai berikut:

Besi _141.805_×₁₀9 _141.805_±_0.056

¿

) 109

(87.514±0.215)109

Kuningan _70.681_×₁₀9 ₍

67.729±0.023)109(73.373±0.148)

109

Tembaga

(

84.990×109

₎

₍_84.990_±_0.005₎₁₀9₍_81.591_±_0.039₎

109

Nilai modulus young tidak begitu sesuai dengan literatur, sehingga pengukuran yang dilakukan tidak begitu baik. Namun ordo nilai modulus young hasil pengukuran pada eksperimen ini sesuai dengan literatur sehingga pengukuran ini dapat dikatakan berhasil.

J. Daftar Pustaka

Revolusi Belajar Super Intensif Konsep Dasar The King IPA. 2014. Bandung: Ganesha Operation.

(32)

Slideshare.com [online]. Tersedia: http://www.slideshare.net/AdindaKh airunnisa/laporan-praktikum-fisika-elastisitas-dan-hukum-hooke. (diakses tanggal 07 Maret 2016).