1
MEKANIKA TEKNIK
Sitti Nur Faridah
Diterbitkan oleh :
Pusat Kajian Media dan Sumber Belajar LKPP Universitas Hasanuddin
MEKANIKA TEKNIK
Penulis :
Dr. Ir. Sitti Nur Faridah, MP.
Desain cover :
Nur Fajrianty Jamaluddin
ISBN : 97860260540-2-9
Penerbit :
Pusat Kajian Media dan Sumber Belajar LKPP Universitas Hasanuddin Makassar
Cetakan Pertama, Desember 2016 Hak cipta dilindungi undang-undang
Dilarang memperbanyak karya tulis ini dalam bentuk dan dengan cara apapun tanpa izin dari penulis.
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, Mekanika Teknik ini telah selesai. Perubahan dalam metode belajar dari sistem berbasis teaching menjadi learning, dengan menjadikan mahasiswa sebagai subjek belajar merupakan salah satu tujuan dari pengadaan buku ini. Kendala yang dihadapi mahasiswa dengan keterbatasan bahan bacaan dan referensi, diharapkan dapat teratasi dengan pengadaan buku ini, khususnya dalam mata kuliah Mekanika Teknik. Dengan pengadaan Mekanika Teknik diharapkan kompetensi lulusan program studi Keteknikan Pertanian dapat tercapai.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada pihak-pihak yang telah menbantu dalam proses penyusunan dan penerbitan buku ini.
Akhirnya penulis berharap semoga buku ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Makassar, Desember 2016
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Propil Lulusan ... 1 1.2 Kompetensi Lulusan ... 11.3 Analisis Kebutuhan Pembelajaran ... ... 1
BAB II. KONSEP DAN PRINSIP DASAR 2.1. Pendahuluan ... 3
2.2. Prinsip Dasar ... 4
2.3. Dimensi dan Satuan ... ... 5
2.4. Konversi Satuan ... 8
2.5. Soal-soal ... 10
BAB III. STATIKA BENDA TEGAR 3.1. Pendahuluan ... 11 3.2. Gaya ... 14 3.3. Resultan Gaya ... 14 3.4. Komponen Gaya ... 16 3.5. Benga tegar ... 18 3.5. Soal-soal ... 23
BAB IV. KONSEP KESEIMBANGAN 4.1. Pendahuluan ... 26
4.2. Persamaan Keseimbangan ... 26
4.3. Diagram Benda Bebas ... 26
4.4. Keseimbangan Benda Statis ... 31
4.5. Keseimbangan tiga buah gaya di satu bidang ... 35
4.6. Soal-soal ... 39
BAB V. PUSAT MASSA DAN TITIK BERAT 5.1. Pendahuluan ... ... 42
5.2. Titik Berat ... 43
5.3. Soal-soal ... ... 50
BAB VI. MOMEN INERSIA 6.1. Pendahuluan ... 52
6.2. Jari-jari Girasi ... 55
6.3. Momen Inersia Polar ... 56
6.4. Teorema Sumbu Sejajar ... 60
BAB VII. KINEMATIKA GERAK LURUS 7.1. Pendahuluan ... 68 7.2. Perpindahan ... 69 7.3. Kecepatan ... ... 73 7.4. Percepatan ... 77 7.5. Soal-soal ... 82
BAB VIII. PRINSIP DINAMIKA 8.1. Pendahuluan .. ... 85
8.2. Hukum Pertama Newton ... ... 86
8.3. Hukum Kedua Newton ... ... 87
8.4. Hukum Ketiga Newton ... 90
8.5. Persamaan Umum Gerak ... 96
8.6. Gaya Gesek ... 97
8.7. Soal-soal ... 100
BAB IX. GETARAN BEBAS 9.1. Pendahuluan ... 103
9.2. Getaran Bebas ... 103
9.3. Gerak Harmonis sederhana ... 105
9.4. Frekwensi Getaran ... 107
9.5. Amplitudo Getaran ... 109
9.6. Soal-soal ... 113
BAB X. MOMENTUM DAN IMPULS 10.1. Pendahuluan ... 116
10.2. Pengertian Momentum . ... 116
10.3. Pengertian Impuls ... 118
10.4. Impuls dan Perubahan Momentum ... 119
10.5. Tumbukan dan Hukum Kekekalan Momentum ... 120
10.6. Jenis-jenis Tumbukan ... 122
10.7. Soal-soal ... 129
BAB XI. KERJA DAN ENERGI 11.1. Pendahuluan ... ... 132 11.2. Pergertian Kerja .. ... 132 11.3. Pergertian Energi ... 134 11.4. Energi Kinetik ... 135 11.5. Daya ... 137 11.6. Energi Potensial ... 138
11.7. Hukum Kekekalan Energi ... 140
11.8. Soal-soal ... 143
BAB XII. KINEMATIKA GERAK LENGKUNG 12.1. Pendahuluan ... 145
12.2. Perpindahan ... 145
12.3. Kecepatan ... 146
12.4. Percepatan ... 148
12.5. Gerak Melengkung ... 149
12.6. Percepatan Normal dan Tangensial ... 150
12.7. Persamaan Diferensial Gerak Lengkung ... 154
12.8. Soal-soal ... 156
BAB XIII. GERAK PELURU 13.1. Pendahuluan ... 158 13.2. Lintasan Peluru ... 159 13.3. Kecepatan Peluru ... 161 13.4. Puncak Lintasan ... 161 13.5. jangkauan Peluru ... 161 13.6. Soal-soal ... 164
BAB XIV. KINEMATIKA PUTARAN 14.1. Pendahuluan ... 167
14.2. Perpindahan Sudut ... 167
14.3. Kecepatan Sudut ... 168
14.4. Percepatan Sudut ... 169
14.5. Persamaan Gerak ... 170
14.6. Putaran Oleh Momen Konstan ... 171
14.7. Getaran Puntir ... 172
14.8. Soal-Soal ... 178
DAFTAR PUSTAKA ... 180 SEKILAS PENULIS
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Besaran Pokok dan Dimensi ... 7 Tabel 2.2. Besaran turunan ... 8 Tabel 5.1. Titik berat benda teratur linier ... 45 Tabel 5.2. Titik Berat Benda teratur berbentuk luas bidang homogen 46 Tabel 5.3. Titik berat benda teratur berbentuk ruang homogen .. 47
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1. Gaya yang bekerja pada 2 buah partikel ... 5
Gambar 2. 2. Sistem Satuan ... ... 9
Gambar 3. 1. Garis kerja ... 13
Gambar 3. 2. Garis kerja berupa gaya kolinier ... 13
Gambar 3. 3. Garis kerja berupa gaya konkuren ... 13
Gambar 3. 4. Garis gaya berupa gaya kopel ... 14
Gambar 3. 5. Metode jajaran genjang ... 15
Gambar 3. 6. Metode segitiga ... 15
Gambar 3. 7. Metode Poligon gaya ... 15
Gambar 3. 8. Komponen gaya ... 16
Gambar 3. 8. Komponen gaya aturan segitiga ... 17
Gambar 3. 9. a.Paralellogram dan b. segitiga. ... 17
Gambar 3.10. Gaya kopel ... 19
Gambar 3.11. Momen gaya ... 19
Gambar 3.12. Momen kopel ... 20
Gambar 3.13. Penjumlahan kopel ... 21
Gambar 3.14. Balok di braket ... 22
Gambar 3.15. Resultan gaya pada balok ... 22
Gambar 3.16. Batang kontrol ... 23
Gambar 3.17. Gaya-gaya pada sebuah benda ... 23
Gambar 3.18. Gaya pada sebuah piston ... 24
Gambar 3.19. Gaya yang bekerja pada sebuah rem ... 24
Gambar 4. 1. Diagram benda bebas sebuah bola dengan tumpuan bidang datar ... 27
Gambar 4. 2. Diagram benda bebas bola digantung 28
Gambar 4. 3. Keseimbangan gaya F ... 29
Gambar 4. 4. Gaya pada satu bidang datar ... 29
Gambar 4. 5. Gaya tidak pada suatu bidang datar ... 30
Gambar 4. 6. Keseimbangan gara F1 dan F2 ... 30
Gambar 4. 7. Keseimbangan stabil benda yang digantung ... 31
Gambar 4. 8. Keseimbangan stabil benda pada bidang datar . 32
Gambar 4. 9. Keseimbangan labil benda gantung ... 33
Gambar 4.10. Keseimbangan labil benda pada bidang datar . 33
Gambar 4.11. Keseimbangan indeferen benga gantung ... 34
Gambar 4.12. Keseimbangan indeferen benda pada bidang datar 34
Gambar 4.14. Gaya F2 dicari harganya, dan gaya F3 dicari arah dan
harganya ... . 36
Gambar 4.15. Gaya pada rol ... 37
Gambar 4.16. Digram benda bebas segitiga ... 37
Gambar 4.17. Sebuah benda digantung dengan tumpuan kawat 38
Gambar 4.18. Gaya-gaya pada sebuah crane ... 39
Gambar 5. 1. Titik pusat massa benda ... 42
Gambar 5. 2. Letak titik pusat massa benda ... 43
Gambar 5. 3. Titik berat pada koordinat x dan y ... 44
Gambar 5. 4. Sistem segitiga partikel ... 45
Gambar 5. 5. Susunan balok ... 48
Gambar 5. 6. Sumbu koordinat pada susunan balok ... 48
Gambar 5. 7. Balok berlubang ... 49
Gambar 5. 7. Susunan balok berbeda ... 50
Gambar 5. 8. Silinder tertutup ... 50
Gambar 5. 9. Plat bulat ... 50
Gambar 6. 1. Momen inersia suatu bidang ... 52
Gambar 6. 2. Momen inersia bidang segiempat ... 53
Gambar 6. 3. Momen inersia jajaran genjang atau bela ketupat 53
Gambar 6. 4. Momen inersia bidang segitiga terhadap alasnya 54
Gambar 6. 5. Kasus momen inersia ... 55
Gambar 6. 6. Beberapa jari-jari inersia ... 56
Gambar 6. 7. Momen inersia polar ... 56
Gambar 6. 8. Momen inersia polar lingkaran terhadap pusatnya 57
Gambar 6. 9. Momen inersia seperempat lingkaran ... 58
Gambar 6.10. Momen inersia pada sumbu utama lingkaran .. 59
Gambar 6.11. Bidang sumbu sejajar melalui sentroide .. 60
Gambar 6.12. Balok vertikal ... 62
Gambar 6.13. Koordinat x dan y pada segitiga ... 63
Gambar 6.14. Balok flens ... 64
Gambar 6.15. Balok penampang T terbalik ... 66
Gambar 6.16. Momen inersia balok ... 66
Gambar 6.17. Balok penampang Z ... 67
Gambar 7. 1. Perpindahan pada garis gerak ... 69
Gambar 7. 2. Diagram perpindahan-waktu ... 72
Gambar 7. 3. Diagram Kecepatan-waktu ... 74
Gambar 7. 4. Diagram kecepatan waktu gerak lurus... 75
Gambar 7. 5. Diagram kecepatan-waktu ... .. 76
Gambar 7. 6. Batang vertikal dengan tumpuan ... 79
Gambar 7. 8. Diagram kecepatan –waktu ... 82
Gambar 7. 9. Lingkaran koordinat x dan y ... 82
Gambar 8. 1. Gaya pada hukum dua Newton ... 88
Gambar 8. 2. Beberapa gaya bekerja pada sebuah benda ... 89
Gambar 8. 3. Beberapa gaya bekerja pada beberapa benda ... 90
Gambar 8. 4. Gaya yang bekerja pada bidang miring ... 90
Gambar 8. 5. Gaya pada benda diam ... 91
Gambar 8. 6. Beberapa gaya normal ... 92
Gambar 8. 7. Gaya-gaya vertikal pada benda ... 92
Gambar 8. 8. Gaya pada bidang vertikal ... 93
Gambar 8. 9. Percepatan pada bidang vertikal ... 93
Gambar 8.10. Gaya dengan percepatan ke bawah ... 94
Gambar 8.11. Gaya-gaya vertikal ... 94
Gambar 8.12. Gaya pada bidang miring ... 95
Gambar 8.13. Benda dengan gaya vertikal ... 98
Gambar 8.14. Balok pada tali fleksibel ... 99
Gambar 8.15. Benda pada bidang vertikal ... 100
Gambar 8.16. Benda dengan gaya vertikal ... 101
Gambar 8.17. Gaya dengan sudut-sudut ... 101
Gambar 9. 1. Pegas spiral ... 103
Gambar 9. 2. Gerak harmonis sederhana ... 106
Gambar 9. 3. Kurva perpindahan, kecepatan dan percepatan pada gerak harnomis ... 108
Gambar 9. 4. Proyeksi getaran ... 109
Gambar 9. 5. Bobot dengan posisi keseimbangan statis ... 111
Gambar 9. 6. Bola dengan kawat fleksibel ... 112
Gambar 9. 7. Batang primatik dengan piringan ... 114
Gambar 9. 8. Sebuah kapang pengapung ... 114
Gambar 9. 9. Pegas spiral ... 115
Gambar 10. 1. Penjumlahan momen mengikuti aturan penjumlahan vektor ... 117
Gambar 10. 2. Hubungan F dan t (besaran impuls) ... 119
Gambar 10. 3. Benda A dan B, sebelum, saat dan setelah tumbukan 120 Gambar 10. 4. Dua buah benda saling bertumbukan ... 121
Gambar 10. 5. Tumbukan lenting sempurna ... 123
Gambar 10. 6. Tumbukan lenting sebagian ... 123
Gambar 10. 7. Tumbukan tidak lenting ... 124
Gambar 10. 8. Gerobag menggelinding pada bidang datar ... 125
Gambar 10. 9. Sebuah ayunan balastik ... 128
Gambar 11.1. Benda ditarik dengan gaya Fmembentuk sudut θ 133 Gambar 11.2. Daerah di bawah kurva dibagi menjadi bagian
yang kecil ... 133
Gambar 11.3. Kerja oleh gaya F sejauh x ... 135
Gambar 11.4. Daya dalam F dan v ... 138
Gambar 11.5. Sebuah bobot W dengan jarak h ... 141
Gambar 11.6. Bola dan pegas ... 143
Gambar 11.7. Balok pada bidang miring ... 144
Gambar 12.1. Grafik perpindahan ... 145
Gambar 12.2. Grafik kecepatan ... 146
Gambar 12.3. Grafik percepatan ... 148
Gambar 12.4. Perpindahan pada bidang lengkung ... 149
Gambar 12.5. Grafik percepatan tangensial dan normal ... 151
Gambar 12.6. Perpindahan-waktu ... 152
Gambar 12.7. Gaya tali pada seutas tali ... 155
Gambar 12.8. Lintasan sebuah partikel ... 156
Gambar 13.1. Gerak peluru dengan sudut tetap ... 158
Gambar 13.2. Gerak peluru dengan ketinggian tertentu ... 159
Gambar 13.3. Gerak peluru dengan sudut dan ketinggian tertentu 159 Gambar 13.4. Grafik kecepatan pada gerak peluru ... 160
Gambar 13.5. Grafik jangkaun peluru ... 162
Gambar 13.6. Gerak peluru dengan sudut α ... 164
Gambar 13.7. Gerak peluru dari titik A ... 164
Gambar 13.8. Gerak peluru membentuk sudut θ ... 165
Gambar 14.1. Sudut putar bidang koordinat ... 167
Gambar 14.2. Gaya inersia pada sumbu berputar ... 170
Gambar 14.3. Pendulum puntir ... 173
Gambar 14.4. Batang horisontal dengan kawat vertikal ... 177
