MAKALAH FISIKA UMUM PERCOBAAN MODULUS YOUNG
Disusun Oleh : Nama : Malik Bayu Fat’han NIM : 022300028
Rekan : M. Arifio Dwiputra Dosen Pengampu : Dr. Sunarko M.Si,
POLITEKNIK TEKNOLOGI NUKLIR INDONESIA BADAN RISET DAN INOVASI NASIONAL
YOGYAKARTA
2023
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar BelakangModulus young merupakan sebuah nilai yang menunjukan ketahanan suatu benda padat menjadi elastis dan menahan deformasi dari gaya luar yang bekerja pada benda tersebut. Semakin besar nilai modulus young, maka semakin besar pula gaya yang diperlukan untuk membuat perubahan/deformasi pada benda.
Nilai modulus young pada suatu benda bergantung pada karakteristik bahan benda tersebut. Nilai modulus suatu bahan akan selalu bernilai tetap dan tidak dipengaruhi oleh ketebalan maupun luas permukaan benda tersebut.
Dalam praktikum kali ini, praktikan akan menentukan jenis logam dengan menganalisis modulus young lempengan logam tersebut.
1.2. Rumusan Masalah
1. Bagaimana hubungan antara modulus young dengan panjang, lebar, dan ketebalan benda ? 2. Bagaimana hubungan antara modulus young dengan gaya luar yang diberikan ?
3. Bagaimana kita dapat mengetahui jenis logam dari modulus young – nya ? 1.3. Tujuan
1. Mengetahui hubungan antara modulus young dengan panjang, lebar, dan ketebalan logam.
2. Mengetahui hubungan antara modulus young dengan gaya yang diberikan.
3. Mengetahui karakteristik dan cara menentukan jenis logam dari modulus young – nya.
BAB II DASAR TEORI
Modulus young merupakan sebuah nilai yang menunjukan ketahanan suatu benda padat menjadi elastis dan menahan deformasi dari gaya luar yang bekerja pada benda tersebut. Semakin besar nilai modulus young, maka semakin besar pula gaya yang diperlukan untuk membuat perubahan/deformasi pada benda.
Nilai modulus young pada suatu benda bergantung pada karakteristik bahan benda tersebut. Nilai modulus suatu bahan akan selalu bernilai tetap dan tidak dipengaruhi oleh ketebalan maupun luas permukaan benda tersebut.
Dikarenakan nilai modulus young akan selalu bernilai tetap, maka kita dapat menganalisis jenis – jenis logam berdasarkan besar modulus young – nya. Modulus young dapat dinyatakan melalui hukum hooke :
E = ! ℇ Dengan :
• E = Modulus Young (N/m2)
• 𝜎 =stress/tegangan (N/m2)
• ℇ = regangan
Berdasarkan hukum hooke, kita bisa menjabarkan rumus modulus young menjadi berikut :
E = $%&
'∆%
Dengan :
• F = Gaya luar yang bekerja (N)
• l0 = Panjang awal benda (m)
• ∆𝑙 = Perubahan panjang (m)
• A = Luas penampang benda (m2)
Hukum Hooke menyatakan bahwa deformasi elastis, tegangan berbanding lurus terhadap regangan, yang memiliki rentang keabsahan yang terbatas. Nilai modulus Young E beberapa logam yang dinyatakan dengan modulus Young (Y) sesuai dengan Tabel 1.
Tabel 1. Nilai Modulus Young beberapa logam
No. Bahan Modulus Young Y (GPa)
1. Aluminum 69 - 70
2. Kuningan 90
3. Tembaga 103 - 124
4. Kaca Kerona 60
5. Timbal 16
6. Nikel 210
7. Baja 190 - 200
8. Emas 79
9. Perak 82,5
Pengukuran untuk menentukan nilai Modulus Young suatu bahan dilakukan dengan mengamati pertambahan panjang kawat ketika kawat ditarik dengan sebuah gaya.
Gambar 1 menunjukkan metode membengkokkan batang untuk mengetahui nilai modulus Young suatu batang.
Gambar 1. Metode membengkokkan batang
Saat memberikan gaya ke bawah pada bagian tengah batang logam, akan muncul regangan yang menyebabkan batang bengkok ke bawah. Tinggi lekukan (H) harus berbanding lurus dengan penambahan beban. Berdasarkan metode Gambar 1 diatas, nilai modulus Young dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :
𝐸 = 𝑊. 𝐿0 4𝐻𝑏𝑡0 Dengan :
• W = Gaya berat beban (N)
• L = Panjang batang besi (m)
• H = Tinggi lekukan (m)
• b = lebar batang (m)
• t = Ketebalan batang (m)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Alat dan BahanBerikut ini adalah alat dan bahan yang dibutuhkan dalam percobaan ini.
Tabel 2. Alat dan bahan percobaan ModulusYoung
No. Nama Alat Jumlah
1. Rel aluminium, panjang 600 mm 1
2. Statif penyangga batang besi, panjang 300 mm 2
3. Batang rel aluminium 1
4. Indikator dengan dudukan 1
5. 5× beban 50 gram 1 set
6. 10× beban 10 gram 1 set
7. Penggantung beban dengan celah bentuk V 1
8. Batang uji : 1 set
- Baja, 500 × 21,5 × 1,5 mm - Baja, 500 × 14,5 × 1,5 mm - Baja, 500 × 10 × 1,9 mm - Baja 500 x 10 x 3 mm - Tembaga 350 x 10 x 2 mm 3.2. Langkah – Langkah
Susun peralatan seperti gambar 2.
Gambar 2. Susunan peralatan
1. Pasang batang rel aluminum tepat di tengah rel (di skala 30 cm).
2. Pilih batang yang akan digunakan pada percobaan. Ukur lebar (b) dan tebal (t) batang.
3. Pasang pemegang batang tepat di tengah batang.
4. Sesuaikan posisi statif penyangga batang dengan batang yang digunakan.
Pastikan agar posisinya tetap menempatkan batang rel aluminium agar berada di tengah. Catat jarak antar statif penyangga batang sebagai nilai L.
5. Letakkan batang yang akan diukur pada penyangga dan atur posisinya agar seimbang sisi kiri dan kanan.
6. Letakkan beban pada pemegang beban kemudian tambahkan bebannya hingga mencapai massa maksimum: 250 gram. Catat massa beban pada tabel sebagai nilai 0 gram.
7. Sesuaikan tinggi indikator dan pastikan ujung sensor indikator tepat menyentuh celah bentuk V pada pemegang beban. Amati skala pembacaan pada indikator, dan catat nilainya sebagai tinggi lengkungan batang H saat beban 0 gram.
8. Lepaskan beban satu per satu, catat berat beban dan hasil pengukurannya. Catatan:
Batang yang bengkok dan indikator akan kembali ke posisi awalnya dalam waktu dan cara yang berbeda. Pastikan bahwa meja yang digunakan tidak bergerak (kokoh) saat melakukan percobaan, dan lepaskan beban secara perlahan untuk menghindari kesalahan pengukuran.
9. Lepaskan satu beban, perhatikan bahwa celah penggantung beban akan naik dan menekan indikator. Baca nilai yang terukur dan catat hasilnya di dalam tabel.
Setiap massa beban yang dilepaskan sama dengan massa beban yang ditambahkan pada penggantung beban. Maka pada kolom Massa Beban, catat total massa yang dilepaskan bukan yang digantung.
10. Nilai berat beban dan tinggi lekukan batang seharusnya berbanding lurus.
11. Ulangi langkah 2-9 menggunakan batang yang berbeda. Lakukan hingga pengukuran untuk 6 jenis batang selesai dilakukan.
12. Hitung nilai modulus Young masing-masing batang dan bandingkan dengan nilai referensi.
13. Ingat untuk mengurangi tinggi lengkungan untuk tiap massa beban dan dengan tinggi lengkungan saat beban 0 gram.
BAB IV ANALISIS DATA
I. Tabel A. Data Percobaan Beban 1Bahan : Tembaga Panjang (L) : 29,5 cm
Lebar (b) : 1 cm; Tebal (t) : 1,76 mm
No. Massa Beban, m (kg)
Berat, W (N)
Tinggi lengkungan, H
(m)
Modulus Young, Y
(Gpa) Error (%)
1. 0,25 2,45 2,58 × 10-3 111,7 1,5 %
2. 0,2 1,96 2,07 × 10-3 111,4 1,2%
3. 0,15 1,47 1,41 × 10-3 122 10,9%
4. 0,1 0,98 0,96 × 10-3 120,1 9,1%
5. 0,05 0,49 0,52 × 10-3 110,9 0,8%
Rata-rata 115,22 4,7%
Dengan memasukan data yang ada keadalam rumus modulus young, maka kita bisa dapatkan beberapa nilai modulus young tembaga :
1) E = 9:;<6788 = =,9? @,=A?8
9.=,?BCD@E8D@EF D,GHCD@E8 8 = 11,17 x 1010 Pa = 111,7 GPa 2) E = D,AH @,=A?8
9.(=,@GCD@E8)D@EF D,GHCD@E8 8 = 111,4 GPa 3) E = D,9G @,=A?8
9.(D,9DCD@E8)D@EF D,GHCD@E8 8 = 122 GPa 4) E = @,AB @,=A? 8
9(@,AHCD@E8)D@EF D,GHCD@E8 8 = 120,1 GPa 5) E = @,9A @,=A? 8
9(@,?=CD@E8)D@EF D,GHCD@E8 8 = 110,9 GPa
II. Tabel B. Data Percobaan Beban 2
Bahan : Alumunium Panjang (L) : 29,5 cm
Lebar (b) : 1 cm; Tebal (t) : 1,77 mm
No. Massa Beban,
m (kg) Berat, W (N)
Tinggi lengkungan, H
(m)
Modulus Young, Y
(Gpa)
Error (%)
1. 0,25 2,45 3,86 × 10-3 73,4 4,8%
2. 0,2 1,96 3,13 × 10-3 72,4 3,4%
3. 0,15 1,47 2,32 × 10-3 73,3 4,7%
4. 0,1 0,98 1,63 × 10-3 69,5 0,7%
5. 0,05 0,49 0,96 × 10-3 74 5,7%
Rata-rata 72,52 3,86%
Dengan memasukan data yang ada keadalam rumus modulus young, maka kita bisa dapatkan beberapa nilai modulus young alumunium :
1) E = 678
9:;<8 = =,9? @,=A?8
9.0,BHCD@E8D@EF D,GGCD@E8 8 = 7,34 x 1010 Pa = 73,4 GPa 2) E = D,AH @,=A?8
9.(0,D0CD@E8)D@EF D,GGCD@E8 8 = 72,4 GPa 3) E = D,9G @,=A?8
9.(=,0=CD@E8)D@EF D,GGCD@E8 8 = 73,3 GPa 4) E = @,AB @,=A? 8
9(D,H0CD@E8)D@EF D,GGCD@E8 8 = 69,5 GPa 5) E = @,9A @,=A? 8
9(@,AHCD@E8)D@EF D,GGCD@E8 8 = 74 GPa III. Tabel C. Data Percobaan Beban 3
Bahan : Baja Panjang (L) : 29,5 cm
Lebar (b) :1 cm; Tebal (t) : 2,58 mm
No. Massa Beban, m (kg)
Berat, W (N)
Tinggi lengkungan, H
(m)
Modulus Young, Y
(Gpa)
Error (%)
1. 0,25 2,45 0,045× 10-3 208 0,95%
2. 0,2 1,96 0,034× 10-3 213 1,42%
3. 0,15 1,47 0,025× 10-3 212,3 1,09%
4. 0,1 0,98 0,018× 10-3 198,1 5,6%
5. 0,05 0,49 0,0094× 10-3 194 7,6%
Rata-rata 205,08 3,332%
Dengan memasukan data yang ada keadalam rumus modulus young, maka kita bisa dapatkan beberapa nilai modulus young baja :
1) E = 678
9:;<8 = =,9? @,=A?8
9.(@,@9?CD@E8)D@EF =,?BCD@E8 8 = 20,8 x 1010 Pa = 208 GPa 2) E = D,AH @,=A? 8
9.(@,@09CD@E8)D@EF =,?BCD@E8 8 = 213 GPa 3) E = D,9G @,=A?8
9.(@,@=?CD@E8)D@EF =,?BCD@E8 8 = 212,3 GPa 4) E = @,AB @,=A? 8
9(@,@DBCD@E8)D@EF =,?BCD@E8 8 = 198,1 GPa 5) E = @,9A @,=A?8
9(@,@@A9CD@E8)D@EF =,?BCD@E8 8 = 194 GPa
BAB V PEMBAHASAN
Berdasarkan tabel 1, kita dapat membandingkan nilai – nilai modulus young dari logam logam yang sudah kita uji cobakan. Berdasarkan tabel 1, kita dapat membandingkan bahwa logam pertama, kedua, dan ketiga secara berurutan adalah tembaga, alumunium, dan baja. Hasil percobaan modulus young tersebut karena rata – rata dari tiap modulus young memiliki nilai error yang kurang dari 10% sehingga data tersebut dapat diterima.
Percobaan tersebut juga membuktikan bahwa nilai modulus young selalu bernilai konsisten, sehingga membuktikan pula bahwa nilai modulus young itu selalu tetap.
Dikarenakan nilai yang konsisten ini, kita dapat mengidentifikasi jenis – jenis logam.
Oleh karena itu, praktikum kali ini dapat dikatakan sukses karena kesesuaian antara data yang kita dapat dari hasil percobaan masih dalam taraf yang diterima dan masih sejalan dengan teori yang ada.
BAB VI KESIMPULAN
Kesimpulan dari praktikum kali ini adalah bahwa kita dapat mengidentifikasi suatu logam dari nilai modulus young – nya. Namun, logam yang dapat diteliti terbatas hanya pada sebuah lempengan logam dan bukanlah sebuah mineral.
Hasil percobaan ini pun berhasil membuktikan teorema hooke dimana nilai modulus young selalu tetap dan tidak akan pernah berubah meski memiliki panjang, lebar, dan ketebalan yang berbeda. Hal ini karena modulus young hanya ditentukan oleh karakteristik tiap bahan saja.
DAFTAR PUSTAKA
dti. 2021. Apa Itu Modulus Young ?. Diakses pada laman https://dynatech-int.com/id/apa-itu- modulus-young/