Analisis Eksperimental Komposit Pada Pelindung Dada Pengendara Sepeda Motor

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Model Pelindung Dada

Banyak pengendara bermotor yang tidak menghiraukan keamanan

berkendara dikarenakan ketidaknyamanan peralatan keamanan sehingga

menyebabkan cedera yang parah ketika terjadi kecelakaan.Peralatan keamanan

yang wajib dipakai di Indonesia adalah helm yang melindungi kepala pengendara

bermotor padahal banyak lagi peralatan keamanan yang dibutuhkan.Salah satu

alat keamanan yang dibutuhkan adalah pelindung dadayang berfungsi untuk

melindungi bagian tubuh pengendara. Selain sebagai penghalang angin ketika

berkendara dengan sepeda motor pelindung dada juga dapat melindungi bagian

tubuh pengendara ketika terjadi kecelakaan. Pelindung dadayang biasanya

dipasarkan menggunakan bahan kain dan busa mold sehingga ketika terkena

tumbukan dengan benda keras atau tajam tetap dapat menimbulkan cedera pada

tubuh pengendara.

Pada Gambar 2.1 ditunjukkan gambar dari pelindung dada yang dijual

dipasaran dari LEATT Corporation. Pada desain produk ini pelindung

dadadikonstruksi dengan lapisan multilayer, kerangka luar dijahit pada bagian dalam serta lapisan ditutupi dengan kain yang disambung dengan lapisan busa dan

dilengkapi dengan bahan pengisi perforated. Standarisasi untuk produk ini sesuai

EN(Europeen de Normalisation) 1621-3 dapat terlihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Data Pengujian EN 1621-3 untuk Chest Protector LEATT [2]

Gaya Impak Transmisi Syarat EN 1621-3 Pelindung Dada LEATT

Mean kN < 20 12,1

Max kN < 35 22,7

Selain produk dari LEATT Corporation terdapat juga pelindung dada yang

dibuat oleh Velocity Gear, LLC. Pada Produk ini perusahaan velocity gear juga

menggunakan standarisasi EN 1621. Produk dari Velocity Gear telah diverikasi

dengan bukti pengujian dan sertifikasi standar EN 1621-2 yang berupa "Pelat

belakang dapat menyerap hingga 90% dari energi dari 50KN dampak yang

melebihi persyaratan tes EN 1621-2 untuk sepeda motor perlindungan Belakang".

Pada Gambar 2.3 ditunjukkan salah satu desain produk dari Velocity Gear

yang bernama Velorta.Produk ini didesain agar dapat mengartikulasikan tulang

belakang untuk kemampuan manuver yang tinggi dan kenyamanan

ergonomis.Kerangka luar dibuat dengan sistem cetakan injeksi.Serta dilengkapi

dengan sistem sabuk ginjal Velcro, berlubang untuk pengaturan suhu yang lebih

baik.Ditenun dengan bahan Perforated Lycra untuk fleksibilitas, kenyamanan dan

daya tahan lebih.

Spesifikasi teknis dari produk Velocity Gear adalah prEN 1621-2 pada

pelindung belakang. Energi dampak yang diserap sama seperti pelindung tungkai

yaitu 50 joule, tetapi kekuatan transmisi lebih rendah daripada untuk pelindung

lengan dengan gaya impak 18 kN untuk Produk Level 1 dan 9 kN untuk kinerja

yang lebih tinggi pada Produk Level 2.

2.2 Komposit

Komposit terdiri dari dua atau lebih komponen yang berbeda yang

membentuk suatu kesatuan. Termasuk dalam kelompok ini: bahan yang diberi

lapisan, bahan yang diperkuat dan kombinasi lain yang memanfaatkan sifat

khusus beberapa bahan yang ada.

Biasanya sifat bahan yang menyatu dalam komposit dapat dievaluasi dan

diuji secara terpisah. Hal ini mengarah ke penyusunan kaidah campuran sehingga

sifat komposit dapat dihitung berdasarkan sifat komponennya.

Ada dua hal yang perlu diperhatikan pada komposit yang diperkuat agar

a. Komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi

daripada komponen matriksnya.

b. Harus ada ikatan permukaan yang kuat antara komponen penguat dan

matriks.

Bila peningkatan kekuatan menjadi tujuan utama, komponen penguat

harus mempunyai aspek rasio yang besar, yaitu rasio panjang/diameter harus

tinggi, sehingga beban diteruskan melintasi titik perpatahan potensial.Jadi, batang

baja ditanamkan dalam konstruksi beton. Demikian pula, serat gelas

dikombinassikan dengan resin, menghasilkan plastik yang diperkuat serat (RFP ).

Jelas bahwa bahan penguat merupakan komponen yang lebih kuat dan

memikul beban.Selain itu bahan penguat harus memiliki modulus elastisitas yang

lebih tinggi.Di samping itu, ikatan antara matriks dan bahan penguat sangat kritis,

karena biasanya beban diteruskan dari matriks ke serat atau batang.

Agar bahan penguat dapat memikul beban, penguat harus memiliki

modulus Young yang lebih tinggi daripada matriks.Modulus elastisitas plastik

yang diperkuat serat, EFRP dapat dihitung dari fraksi volume rata-rata bila semua

serat sejajar dengan arah beban.

Tegangan geser setara juga timbul pada permukaan antara serat penguat

dan matriks plastik di sekitar nya.Pada hal ini tegangan geser ditahan oleh ikatan

kimia.Tegangan geser antarpermukaan penting diperhatikan bila serat tidak

kontinu.Bila serat putus, tegangan secara otomatis mencapai nol pada ujung serat,

dan beban dialihkan ke matriks. Transfer berlangsung melalui tegangan geser

matriks yang lebih lemah harus memikul beban lebih ini.Oleh karena itu, serat

yang panjang dan kontinu sangat baik untuk komposit yang harus menanggung

beban.Serat halus dalam jumlah banyak lebih baik daripada serat kasar dalam

jumlah kecil, karena semakin halus serat semakin luas permukaan antara yang

dapat menanggung beban geser dan semakin kecil kemungkinan bahwa serat

menyebabkan kecacatan pada matriks.Akhirnya, matriks yang ulet lebih mudah

menyesuaikan diri dengan konsentrasi tegangan pada ujung serat dibandingkan

dengan matriks rapuh.

Karena komposit polimer ringan, bahan ini menarik perhatian ahli

desain.Meskipun komposit memiliki kekuatan tarik Su yang lebih rendah daripada

logam, rasio kekuatan/kerapatan, Su /ρ, tinggi.Namun, fungsi penguat pada beban

tarik dan beban tekan berbeda.Pada kompresi, rasio modulus elastisitas/kerapatan,

E/ρ, merupakan criteria desain yang lebih baik.

Skema struktur komposit diperlihatkan pada Gambar 2.3 sebagai berikut :

Gambar 2.3Skema Struktur Komposit [4] Komposit

Komposit Partikulat

Partikel Besar

Dispersi

Komposit Serat

Berlanjut

Tidak Berlanjut

Komposit Struktur

Lapisan

Komposit berdasakan jenis penguatnya dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. Komposit Partikulat(Particulate composite) adalah komposit dengan material

penguatnya berbentuk partikel.

b. Komposit Serat (Fibre composite) adalah komposit dengan material

penguatnya berbentuk serat.

c. Komposit Struktur (Structural composite)/ struktur Laminat adalah komposit

yang terdiri dari dua bahan yang berlainan (laminat).

Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi

sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau

memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga

matrik dan serat saling berhubungan.

Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat

antaraseratdan matrik.Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara

kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak

antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara

lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap

goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material

matrik.Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam

komposit ada dua macam yaitu thermoplastikdantermoset.Termoplastikadalah

jenis plastik yang dapat didaur ulang, yaitu jika dipanaskan lagi memiliki sifat

plastis sehingga dapat dicetak lagi. Sebaliknya termoset jika dipanaskan akan

2.2.1 Resin

Resin dalam penggunaan yang paling spesifik dari istilah adalah sekresi

hidrokarbon banyak tanaman, terutama jenis konifera pohon. Resin yang dinilai

untuk sifat kimia dan menggunakan terkait, seperti produksi pernis, perekat dan

glazing agent makanan. Mereka juga dihargai sebagai sumber penting bahan baku untuk sintesis organik, dan sebagai konstituen dari dupa dan parfum. Resin

tanaman memiliki sejarah yang sangat panjang yang didokumentasikan di Yunani

kuno oleh Theophrastus, di Roma kuno oleh Pliny the Elder, dan terutama dalam

resin yang dikenal sebagai kemenyan dan mur, dihargai di Mesir kuno. Zat ini

yang sangat berharga, dan diperlukan sebagai dupa dalam beberapa ritual

keagamaan. Amber adalah resin fosil keras dari pohon-pohon tua.

Resincasting adalah metode pengecoran plastik di mana cetakan diisi dengan resin sintetik cair, yang kemudian mengeras.Hal ini terutama digunakan

untuk produksi skala kecil seperti prototipe industri dan kedokteran gigi.Hal ini

dapat dilakukan oleh penggemar amatir dengan investasi awal kecil, dan

digunakan dalam produksi tertagih mainan, model dan tokoh, serta produksi

perhiasan skala kecil. Resin sintetis untuk proses tersebut adalah monomer untuk

membuat polimer thermosetting plastik. Selama proses pengaturan, monomer berpolimerisasi cair ke dalam polimer, sehingga mengeras menjadi solid.

Umumnya resin termoseting digunakan yang berpolimerisasi dengan

mencampur dengan bahan pengawet (katalis polimerisasi) pada suhu kamar dan

tekanan normal. Resin yang ditunjuk oleh analogi dengan resin tanaman, tetapi

digunakan meliputi resin polystyrene, resin poliuretan, resin epoxy, polyester

resin tak jenuh, resin akrilik dan resin silikon.

Resin Epoxy memiliki viskositas rendah dari resin poliuretan dan resin

poliester menyusut tajam sementara menyembuhkan.Resin akrilik, khususnya

jenis metil metakrilat resin sintetis , memproduksi kaca akrilik, yang tidak segelas

tetapi polimer plastik yang transparan , dan sangat sulit. Sangat cocok untuk

embedding objek (seperti, misalnya piala akrilik), untuk tujuan tampilan. Styrene

monomer adalah cairan yang mirip pada suhu kamar, yang juga akan polimerisasi

ke dalam plastik polistiren seperti gelas bening, dengan penambahan katalis yang

cocok.

Sebuah cetakan fleksibel dapat terbuat dari lateks karet , suhu kamar

divulkanisir karet silikon atau bahan lain yang serupa dengan biaya yang relatif

rendah, tetapi hanya dapat digunakan untuk sejumlah coran .

Metode yang paling sederhana adalah tuang graviti di mana resin

dituangkan ke dalam cetakan dan menarik ke dalam semua bagian oleh

gravitasi.Bila dua bagianresin dicampur, gelembung udara cenderung terjadi di

dalam cairan,hal tersebut dapat dihilangkan dalam ruang vakum. Tuang juga bisa

dilakukan di ruang vakum (bila menggunakan cetakan terbuka) baik untuk

mengekstrak gelembung ini, atau dalam panci tekanan, untuk mengurangi

ukurannya ke titik di mana mgelembung tidak terlihat. Tekanan dan/atau gaya

sentrifugal dapat digunakan untuk membantu mendorong cairan resin ke dalam

semua bagian dari cetakan.Cetakan juga dapat bergetar untuk mengusir

Setiap unit memerlukan beberapa jumlahtenaga kerja, membuat biaya

akhir per unit yang diproduksi cukup tinggi. Hal ini berbeda dengan injection molding di mana biaya awal membuat cetakan logam yang lebih tinggi, tapi cetakan dapat digunakan untuk menghasilkan produk dengan jumlah yang jauh

lebih banyak, sehingga biaya lebih rendah per unitnya.

2.2.2 Serat Kaca

Kaca serat (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi

serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah

sekitar 0,005 mm - 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun

menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang

kuat dan tahan korosi untuk digunakan sebagai badan mobil dan bangunan kapal.

Dia juga digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastik; material

komposit yang dihasilkan dikenal sebagai plastik diperkuat-gelas

(glass-reinforced plastic, GRP) atau epoxy diperkuat glass-fiber (GRE), disebut "fiberglass" dalam penggunaan umumnya.

Pembuat gelas dalam sejarahnya telah mencoba banyak eksperimen

dengan gelas giber, tetapi produksi masal dari fiberglass hanya dimungkinkan setelah majunya mesin.Pada 1893, Edward Drummond Libbey memajang sebuah

pakaian di World Columbian Exposition menggunakan fibreglass dengan diameter dan tekstur fiber sutra. Yang sekarang ini dikenal sebagai "fiberglass",

diciptakan pada 1938 oleh Russell Games Slayter dari Owens-Corning sebagai

sebuah material yang digunakan sebagai insulasi. Dia dipasarkan dibawah merk

Serat kaca komposit merupakan sebuah senyawa yang mirip dengan kaca

dikomposisikan sedemikian rupa sehingga menghasilkan lembaran – lembaran

kaca tipis yang kemudian di urai menjadi sebuah benang – benang halus.

Spesifikasi serat kaca komposit :

• Mempunyai berat yang sangat ringan .

• Bersifat kaku.

• Cukup kuat dalam menahan gaya vertikal.

• Mempunyai bentuk yang ramping, sehingga memudahkan dalam pengemasan

dan distribusinya.

• Tidak mengandung racun, karena tidak menggunakan cairan kimia yang

berbahaya.

Serat – serat kaca tersebut kemudian dijahitkan ke dalam gabus sebagai

dasar penempatannya kemudian diperkuat dengan menambahkan lapisan plastic di

kedua sisi – sisi luarnya. Dalam menjahitkan benang – benang kaca tersebut

digunakan sebuah mesin khusus dan di jahit menyilang agar semua daerah gabus

tertutupi kemudian digunakan senyawa polimer plastic

Bahan ini dapat dikatakan hemat energy karena tidak memerlukan tenaga

ekstra.Selain itu, pemasangannya pun di lapangan cukup mudah dan mempunyai

ketahanan yang cukup kuat.Bahan ini cukup ramah lingkungan karena

2.2.3 BusaEVA

Ethylene vinil asetat (juga dikenal sebagai EVA) adalah kopolimer etilena dan vinil asetat. Persentase berat vinil asetat biasanya bervariasi dari 10% sampai

40%, dengan sisanya menjadi etilena.

Ini adalah polimer yang mendekati bahan elastomer dalam kelembutan dan

fleksibilitas, namun dapat diolah seperti termoplastik lainnya. Materi yang

memiliki kejelasan baik dan gloss, ketangguhan suhu rendah, ketahanan

stres-retak, sifat bukti air perekat panas meleleh, dan ketahanan terhadap radiasi Ultra

Violet.

Busa EVA merupakan sejenis polyurethane. Polyurethane adalah polimer

terdiri dari rantai unit organik bergabung dengan rantai karbamat(urethane).

Sementara sebagian poliuretan thermosetting polimer yang tidak mencair ketika

dipanaskan, poliuretan termoplastik juga tersedia.

Polimer poliuretan dibentuk dengan mereaksikan isosianat dengan poliol.

Kedua isosianat dan poliol digunakan untuk membuat poliuretan mengandung

rata-rata dua atau lebih kelompok fungsional per molekul.

Produk poliuretan sering hanya disebut " urethanes " , tapi tidak harus

bingung dengan etil karbamat, yang juga disebut urethane . Poliuretan tidak

mengandung atau diproduksi dari etil karbamat.

Poliuretan digunakan dalam pembuatan fleksibel , tinggi ketahanan busa

tempat duduk; kaku panel insulasi busa , segel busa mikroseluler dan gasket , roda

suspensi otomotif, senyawa pot listrik ; tinggi perekat kinerja, pelapis permukaan

dan sealant permukaan, serat sintetis (misalnya, Spandex), mendasari karpet,

bagian keras - plastik ( misalnya, untuk instrumen elektronik), selang dan roda

skateboard .

Sifat poliuretan yang sangat dipengaruhi oleh jenis isosianat dan poliol

digunakan untuk membuatnya. Panjang, segmen fleksibel, disumbangkan oleh

poliol, memberikan polimer lembut, elastis. Jumlah tinggi silang memberikan

polimer sulit atau kaku. Rantai panjang dan silang rendah memberikan polimer

yang sangat elastis, rantai pendek dengan banyak ikatan silang menghasilkan

polimer keras saat rantai panjang dan silang antara memberikan polimer berguna

untuk membuat busa. Crosslinking dalam poliuretan berarti polimer terdiri dari jaringan tiga dimensi dan berat molekul sangat tinggi. Dalam beberapa hal

sepotong poliuretan dapat dianggap sebagai satu molekul raksasa. Salah satu

konsekuensi dari ini adalah bahwa poliuretan khas tidak melunak atau mencair

ketikadipanaskan. Pilihan yang tersedia untuk isosianat dan poliol,selain aditif

lain dan kondisi pengolahan memungkinkan poliuretan memiliki rentang yang

sangat luas sifat yang membuat mereka seperti polimer banyak

digunakan.Isosianat adalah bahan yang sangat reaktif. Hal ini membuat mereka

berguna dalam membuat polimer tetapi juga membutuhkan perawatan khusus

dalam penanganan dan penggunaan.

Isosianat aromatik, diphenylmethane diisosianat atau toluena diisosianat

lebih reaktif daripada isosianat alifatik , seperti diisosianat heksametilena atau

untuk ini adalah polimer diphenylmethane diisosianat , yang merupakan campuran

molekul dengan dua,tiga, dan empat atau lebih gugus isosianat. Dalam kasus

seperti ini materi memiliki fungsi rata-rata lebih dari dua, biasanya Isosianat

dengan fungsionalitas yang lebih besar dari dua bertindak sebagai situs silang

sebagaimana disebutkan dalam paragraf sebelumnya.

Poliol adalah polimer yang dengan kemampuannya sendiri memiliki

rata-rata dua atau lebih gugus hidroksil per molekulnya. Polieter poliol kebanyakan

dibuat dengan polimerisasi etilen oksida dan propilen oksida. Poliester poliol

dibuat mirip dengan polimer poliester.Poliol digunakan untuk membuat poliuretan

tidak " murni" senyawa karena mereka sering campuran molekul yang sama

dengan berat molekul yang berbeda dan campuran molekul yang mengandung

perbedaan jumlah gugus hidroksil. Meskipun mereka menjadi campuran

kompleks, poliol kelas industri memiliki komposisi mereka cukup terkontrol

dengan baik untuk menghasilkan poliuretan memiliki sifat yang konsisten .

Seperti disebutkan sebelumnya, itu adalah panjang rantai poliol dan fungsionalitas

yang berkontribusi banyak untuk properti dari polimer akhir.

Poliol digunakan untuk membuat poliuretan kaku memiliki berat molekul

dalam ratusan , sedangkan yang digunakan untuk membuat poliuretan yang

fleksibel memiliki berat molekul hingga sepuluh ribu atau lebih .

Jika terdapat air dalam campuran reaksi (sering ditambahkan sengaja

untuk membuat busa), isosianat bereaksi dengan air untuk membentuk hubungan

urea dan gas karbon dioksida dan polimer yang dihasilkan mengandung urethane

Reaksi ketiga, sangat penting dalam membuat isolasi busa kaku adalah

reaksi trimerisasi isosianat, yang dikatalisis oleh kalium oktoat, misalnya.

Salah satu atribut yang paling diinginkan dari poliuretan adalah

kemampuan mereka untuk berubah menjadi busa. Membuat busa membutuhkan

pembentukan gas pada saat yang sama dengan polimerisasi uretan (pembentukan

gel) terjadi.

Surfactants digunakan dalam busa poliuretan untuk mengemulsi komponen cair, mengatur ukuran sel, dan menstabilkan struktur sel untuk

mencegah keruntuhan dan cacat permukaan. Surfactants busa kaku dirancang untuk menghasilkan sel-sel yang sangat halus dan isi sel tertutup sangat tinggi.

Surfactants busa fleksibel yang dirancang untuk menstabilkan massa reaksi sementara pada saat yang sama memaksimalkan konten sel terbuka untuk

mencegah busa dari menyusut .

Busa bahkan lebih kaku dapat dibuat dengan menggunakan katalis

trimerisasi khusus yang menciptakan struktur siklik dalam matriks busa,

memberikan lebih keras, struktur yang lebih stabil termal, ditunjuk sebagai busa

polyisocyanurate. Sifat semacam ini yang diinginkan dalam produk busa kaku

digunakan di sektor konstruksi .

Kontrol yang cermat dari sifat viskoelastik - dengan memodifikasi katalis

dan poliol digunakan - dapat menyebabkan busa memori, yang jauh lebih lembut

pada suhu kulit dibandingkan pada suhu kamar.

Busa dapat berupa " sel tertutup ", di mana sebagian besar gelembung asli

atau sel tetap utuh, atau " sel terbuka ", dimana gelembung telah rusak tapi tepi

terasa lembut dan memungkinkan udara mengalir melalui sehingga mereka

nyaman bila digunakan dalam bantal kursi atau kasur. Ditutup sel busa kaku

digunakan sebagai isolasi termal, misalnya dalam lemari es.

2.3 Stimulasi Sifat dan Data Validasi 2.3.1 Standar keamanan EN 1621

Beberapa pakaian yang digunakan oleh pengendara bermotor jatuh pada

category fashiondan tidak menyediakan fungsi perlindungan. Tetapi pakaian sepeda motor yang berada pada pasar Eropa memberikan fungsi perlindungan

bagi penggunanya dari kecelakaan di awasi oleh Europa Directive.

Sekarang Eropa memimpin dalam mengatur standar keamanan untuk pakaian

pelindung untuk pengendara sepeda motor. Terdapat komite teknis yang bekerja

dalam naungan European standards body CEN (Comite Europeen de

Normalisation). [5]

Pada perlindungan dari impak, standar Eropa yang digunakan adalah EN

1621. Standar ini terbagi atas beberapa bagian yang dikategorikan dari jenis

bagian yang akan dilindungi.

Kategori standar perlindungan Impak EN 1621 adalah sebagai berikut:

1. EN 1621-1:2012

Untuk produk yang digunakan pada bagian sambungan badan.

2. EN 1621-2:2003

Untuk produk yang akan melindungi bagian belakang badan.

3. EN1621-3:2012

4. EN1621-42013

Untuk produk yang akan melindungi bagian perut.

Pada penentuan standarnya pengujian yang dilakukan untuk EN 1621

adalah merupakan uji impak yang anvil penghantamnya disesuaikan dengan bentuk produk.

Penentuan Level Proteksi EN 1621 adalah sebagai berikut

1. Level 1: Rata-rata puncak Gaya Impak dibawah 30 kN dan tidak ada

nilai yang diatas 45 kN

2. Level 2: Rata-rata puncak Gaya Impak dibawah 20 kN dan tidak ada

nilai yang diatas 35 kN

2.3.2 Data dan Sifat Bahan Polimer

Campuran Resin dengan beberapa material lain akan menyebabkan

perubahan sifat dari tiap benda tersebut tergantung dengan sifat material yang

akan ditambahkan pada campuran kompositnya.

Pada Penelitian ini material yang digunakan adalah Polymer Polyester,

Busa EVA dan GFRP (Glass Fibre Reinforced Polymer) yang digabung dengan

sistem sandwich. Pada tabel 2.2 dapat terlihat sifat mekanis dari material tersebut.

Tabel 2.2 Sifat Material Komposit [6][7]

Nama Material

Densitas (kg/m3₎

Modulus Elastisitas (GPa)

Polyester Polymer 1004-1400 2,07-4,41

Busa EVA 945-955 0,01-0,04

2.4. Pengujian Komposit

2.4.1 Uji Impak Jatuh Bebas

Uji standard yang kita kenal saat ini diadopsi dari: SNI (Standar Nasional

Indonesia) 09-1811-1998 9 (Indonesia); JIS (Japanese Industrial Standard) T

8131-1977 (Jepang); ANSI (American National Standards Institute) Z 89.1-1997

(Amerika), dimana menggunakan test rig jatuh bebas yang dalam penelitian ini akan digunakan alat uji impak jatuh bebas.

2.4.2Gerak Jatuh Bebas

Sebuah benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami

pertambahan kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari

ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda

mengalami pertambahan kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini

berarti bahwa percepatan ke bawah benda berkurang dengan harga yang sama jika

sebuah benda ditembakkan ke atas kecepatannya berkurang dengan harga yang

sama setiap detik dan perlambatan ke atasnya seragam.

Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung

dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan

diganti dengan percepatan gravitasi g, yaitu:

1. Untuk gerakan ke bawah a = + g (percepatan)

2. Untuk gerakan ke atas a = - g (perlambatan)

Percepatan gravitasi g dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah

menuju ke pusat bumi dengan demikian tegak ke bawah.

Perpindahan adalah perubahan kedudukan.Hal ini merupakan besaran

terhadap waktu.Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah dan

waktu.

Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan

konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang

sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya

selang waktu. Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami

perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut

tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Satuan: Perpindahan diukur dalam

meter [m]; kecepatan diukur dalam meter per detik [m/s]: percepatan percepatan

diukur dalam meter per detik kwadrat [m/s2]. Persamaan gerakan lurus percepatan

seragam.

Katakan V₀kecepatan awal, v kecepatan akhir, �akselerasi, t waktu dan s

perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu

½ (v ₀+ v) = s/t

s = ½ (v ₀ + v) t...(2-1)

Perpindahan digambarkan dengan luas daerah di bawah grafik kecepatan waktu:

∆�

∆� = � → � = � + � → � = � + ∆�

∆� ...(2-2)

Penggantian (v0+ at) untuk v didalam persamaan :

= � + � ...(2-3)

Penggatian (v – v0)/a untuk t didalam persamaan:

� = � + 2� ...(2-4)

Bila Vo = 0 ,maka : v2= 0 + 2as dan bila a = g dan s = H maka:

Percepatan sebuah benda jatuh bebas tergantung pada jarak (tinggi) benda

kerja dari pusat bumi.Bagaimanapun, ketika sebuah benda cukup padat jatuh

dengan kecepatan sedang, boleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi

seragam. Untuk maksud umum para ilmuan mengambil harga percepatan gravitasi

g = 9,81 [m/s2_].

2.4.3 Hukum Gerakan

Hukum gerakan pertama:”Jika resultan gaya yang bekerja pada benda

sama dengan nol, maka benda yang mula - mula diam akan tetap diam dan benda

yang mula - mula bergerak akan tetap bergerak lurus beraturan”.

Hukum gerakan kedua: ”Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang

bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding

terbalik dengan massa benda”.

secara sistematis dituliskan dengan:

Gaya = massa × akselerasi

� = ��...(2-6)

Hukum gerakan ketiga:”Jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap

benda kedua, maka benda kedua pun akan mengerjakan gaya terhadap benda

pertama yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan”.

Selama pengujianimpak, kita perlu tahuenergi kinetik yang terjadiuntuk

memvalidasikriteria desain.Rentang pengukuranyang diharapkanuntukkekuatan

sensordapat diperkirakandengan perhitungan. Hal ini didasarkan

padaprinsipkerjaenergi, di manarata-ratakekuatandampakkalijarak tempuhsama

yang menyatakanbahwaenergi potensial(PE) sebelum peristiwaharus sama

denganenergi kinetik(KE) setelah peristiwa.

PE=KE...(2-7)

Untuk uji jatuh bebas sederhana rumus kekekalan energi yang digunakan adalah:

��ℎ = �� ...(2-8)

Dimana:

m = massa benda h = ketinggian jatuh

g = akselerasi akibat gravitasi

v = kecepatan ketika tabrakan

Menurut Robert (2007) hubungan antara gaya dengan jarak dengan

menggunakan prinsip kekekalan energi kita dapat menghitung gaya impak teori

yang terjadi. Usaha net yang terjadi selama impak sama dengan gaya impak

rata-rata dikalikan dengan jarak yang dilalui setelah impak.

Wnet= 1/2 mvfinal2 - 1/2 mvinitial2...(2-9)

Pada aplikasi jatuh bebas, Wnet= 1/2 mvfinal2 karena kecepatan awalnya

adalah nol. Jadi untuk dapat menghitung jarak pantul setelah impak digunakan

rumus:

d Wnet F 

F Wnet

d  ...(2-10)

Dimana:

d = jarak pantul setelah impak

Wnet = Usaha net yang terjadi selama impak

Cara lain untuk mencari gaya impak yang terjadi adalah dengan

menghubungkan antara gaya dengan waktu. Untuk cara ini digunakan hukum

Newton kedua yaitu F=ma dimana a merupakan deselerasi yang terjadi untuk

menghentikan gerakan spesimen. Rumus untuk menghitung � yang terjadi adalah:

pulse

Setelah diperoleh deselerasi yang terjadi dapat diperoleh gaya impak berupa: