Modulus Young

I.                   Tujuan
Menentukan elastisitas dari bahan kayu, kuningan.

II.                Dasar Teori
Jika seseorang menarik sebuah pegas untuk melatih otot, maka pegas akan berubah bentuk, yaitu akan semakin panjang. Tetapi, bila pegas dilepaskan, maka pegas akan kembali kebentuk semula. Atau contoh lain yaitu pada ketapel yang terbuat dari karet. Pegas dan karet dalam hal ini merupakan benda dengan sifat elastic. Sifat elastic atau elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan.
Sedangkan benda yang tidak elastic adalah benda yang tidak kembali kebentuk semula saat gaya luar yang diberikan kepada benda tersebut dilepaskan. Misalnya pada tanah liat. Pada saat diberi gaya, tanah liat akan berubah bentuk. Namun setelah gaya tersebut dilepaskan, tanah liat tidak dapat kembali kebentuknya semula.
Berikut ini beberapa materi terkait Modulus Elastisitas atau Modulus Young.
1.      Tegangan
Tegangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik F yang dialami kawat dengan luas penampangnya (A) atau bisa juga disebut gaya persatuan luas. Tegangan dirumuskan sebagai berikut.
Dimana : = tegangan, satuannya  atau Pascal ( Pa )
                 = gaya luar yang diberikan pada benda, satuannya  
                       atau Newton ( N )
                 = luas penampang, satuannya

2.      Regangan
Regangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan panjang dengan panjang awal pegas. Regangan dirumuskan sebagai berikut.
Dimana :      = regangan
  = perubahan panjang pegas, satuannya
 = panjang pegas awal/semula, satuannya
Karena pertambahan panjang () dan  adalah besaran yang sama, maka regangan tidak memiliki satuan atau dimensi.

3.      Modulus Elastisitas
Kebanyakan benda adalah elastis sampai ke suatu gaya besarnya tertentu. Hal ini dinamakan batas elastis. Jika gaya yang diberikan pada benda lebih kecil dari batas elastisnya, maka benda tersebut akan kembale ke bentuk semulanya jika gaya tersebut dihilangkan. Tetapi jika gaya yang diberikan melampaui batas elastis, benda tak akan kembali ke bentuk semula, melainkan secara permanen berubah bentuk.
Modulus Elastisitas atau Modulus Young didefinisikan sebagai berikut:
Dimana :  Modulus Elastisitas atau Modulus Young
                tegangan
                 regangan
Dengan demikian, Modulus Young juga dapat disebut perbandingan antara tegangan dan regangan.

4.      Hokum Hooke
Percobaan yang kita lakukan pada dasarnya adalah untuk mengetahui hubungan kuantitatif antara gaya yang dikerjakan pada pegas dengan pertambahan panjangnya. Setiap panjang pegas ketika diberi gaya tarik dengan panjang awalnya disebut pertambahan panjang. Jika dibuat grafik gaya terhadap perubahan panjang, maka akan didapat grafik berbentuk garis linear.
Hukum Hooke berbunyi : “ Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastis pegas, maka pertambahan panjangnya akan sebanding dengan gaya tariknya”. Pernyataan ini dikemukakan oleh Robert Hooke, seorang arsitek yang ditugaskan membangun kembali gedung-gedung di London yang mengalami kebakaran pada tahun 1666. Oleh karena itu, pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Hooke Hukum Hooke dapat dirumuskan sebagai berikut:

5.      Tetapan Gaya Benda Elastis
Kita telah mengetahui hubungan antara gaya tarik ( F ) dengan Modulus Elastis ( E ) yang dinyatakan dalam persamaan :
Dengan mengolah persamaan diatas, sehingga gaya tarik ( F ) berada diruas kiri, dan diidentikkan dengan persamaan hukum Hooke, maka
Maka kita memperoleh rumus umum tetapan gaya benda elastis ( k )

6.      Elastisitas Zat Padat
Molekul-molekul zat padat tersusun rapat sehingga ikatan diantara mereka relative kuat. Inilah mengapa sebabnya mengapa zat padat biasanya sukar dipecah-pecah dengan tangan. Sebagai contoh, untuk membelah kayu dibutuhkan alat lain dengan gaya yang lebih besar. Setiap usaha untuk memisahkan molekul-molekul zat padat, misalnya tarikan atau tekanan, akan selalu dilawan oleh gaya tarik menarik antar molekul zat padat itu sendiri. Benda disebut elastis sempurna jika benda akan kembali seperti semula jika gaya yang diberikan dihilangkan. Sebaliknya, benda yang tidak memiliki sifat elastik, tidak akan kembali ke bentuk semula. Perbedaan antara sifat elastik dan non elastik berada pada tingkatan besar-kecilnya elastisitas yang terjadi.
Perubahan benda akibat ditarik, tidak hanya bergantung pada jenis bahan benda tersebut, namun juga bergantung pada perlakuan yang diberikan kepada benda tersebut.
Nilai Modulus Young hanya bergantung pada jenis benda, tidak tergantung pada ukuran atau bentuk benda. Adapun Modulus Young benda yang bisa digunakan adalah sebagai berikut:
No
Jenis Benda
Modulus Young ( E )
(N/m2)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Aluminium
Baja
Besi
Beton
Nikel
Tembaga
Besi tuang
Kuningan
Granit
7,0 x 1010
20 x 1010
21 x 1010
2,3 x 1010
21 x 1010
11 x 1010
10 x 1010
10 x 1010
4,5 x 1010

III.             Alat dan Bahan
1.      Dua batang penyangga bahan
2.      Cermin skala
3.      Gantungan beban dengan jarum penunjuk
4.      Beban pemberat
5.      Jangka sorong
6.      Batang kayu, kuningan masing-masing satu batang

IV.             Langkah Percobaan
1.      Ukur jarak antara ujung-ujung kedua batang penyangga sebagai L
2.      Letakkan batang diatas penyangga dengan gantungan beban ditengah-tengah
3.      Periksakan dulu pada pembimbing
4.      Timbanglah beban
5.      Amati kedudukan jarum penunjuk pada skala cermin dan catat hasil yang diperoleh
6.      Setelah dicapai beban maksimum, kurangi satu persatu dan catat kedudukan kawat penunjuk
I.                   Pembahasan
               Percobaan kali ini membahas mengenai “Modulus Young”. Modulus Young merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan. Pada percobaan ini, seharusnya juga menggunakan batang besi, namun karena keterbatasan alat, pada percobaan ini hanya menggunakan batang kayu dan batang kuningan. Pada percobaan ini pengukuran hanya dilakukan satu kali tiap-tiap batang.
               Pada dasarnya, percobaan ini hanyalah untuk mengetahui keelastisitasan suatu benda, apabila pada benda tersebut diberi suatu gaya. Benda-benda yang memiliki elastisitas disebut benda elastic. Sedangkan benda-benda yang tidak memiliki elastisitas (tidak kembali ke bentuk semula jika gaya luar dihilangkan) disebut benda-benda tidak elastic atau plastik.
               Pada percobaan kali ini, digunakan gantungan beban dan cermin skala untuk mengetahui pertambahan panjang dari gantungan beban apabila ditambahkan beban satu per satu dengan berat yang sama sampai mencapai suatu gaya maksimum. Sebuah gaya tarik yang bekerja pada gantungan beban menyebabkan gantungan beban bertambah panjang dan akan segera kembali ke bentuk semula, jika gaya tarik tersebut dihilangkan, namun jika gaya yang diberikan melampaui gaya maksimum tersebut gantungan beban akan kehilangan sifat elastiknya. Dalam percobaan ditambahkan beban satu per satu pada gantungan beban kemudian dikurangi lagi satu per satu, dengan tujuan untuk mengetahui sifat keelastisitsan bahan tersebut dan untuk menentukan modulus elastisitas atau yang lebih dikenal dengan Modulus Young dr bahan tersebut.
Saat mengukur luas batang tidak ditemukan kesulitan karena bentuk batang kuningan dan kayu adalah tetap dan pasti sehingga tidak dibutuhkan pengukuran ulang. Didapat bahwa Modulus Young yang dihasilkan oleh batang kayu dan batang kuningan berbeda. Elastisitas kayu sebesar dan elastisitas kuningan sebesar . Hal ini disebabkan karena Modulus Young yang bergantung pada jenis benda (komposisi benda) dan tidak bergantung pada ukuran dan bentuk benda. Dri perhitungan didapat Modulus Young dari batang kuningan lebih besar dari batang kayu.
Kesulitan yang terjadi adalah dalam menentukan kedudukan kawat penunjuk dengan menggunakan cermin skala. Keterbatasan dan ketidak-baikan kerja alat menjadi pemicu utama ketidaktepatan pengukuran.

II.                Kesimpulan
               Dari data pengamatan dan hasil perhitunagn data, dapat disimpulkan bahwa :
1.      Modulus Young berbanding lurus dengan gaya yang diberikan dan perubahan kedudukan kawat penunjuk. Dan berbanding terbalik dengan luas penampang dan panjang batang.
Sesuai dengan rumus Modulus Elastisitas :

                                                                                         E = (F.l)/(A.Δl)

2.      Benda elastis adalah benda yang akan berubah bentuk jika diberikan gaya dan akan kembali kebentuk semula jika gaya luar yang diberikan dihilangkan.
3.      Benda yang tidak memiliki sifat elastik, tidak akan kembali kebentuknya semula jika gayanya dihilangkan.
4.      Benda non-elastik disebut plastik.
5.      Bila gaya yang diberikan pada suatu benda elastis melebihi batas keelastisitasannya, maka benda tersebut akan berubah bentuk secara permanen, atau patah.
6.      Batang kuningan lebih elastis dari batang kayu.
7.      Modulus Yong bergantung pada jenis benda dan bukan bergantung pada bentuk dan ukuran benda.
 



Daftar Pustaka

Paramartha,Alit.2010.Penuntun Fisika Dasar II.laboratorium Fisika Dasar:Jimbaran-Bali
Giancoly, Douglas. 2001. Fisika. Erlangga:Jakarta.
Kanginan, Martheen. 2004. Fisika SMA 2A. Erlangga:Jakarta.
Syarifudin.2007.Intisari Fisika untuk SMA.Scientific Press:Jakarta

1 Response
  1. duniafisika Says:

    lumayan lah...
    xixixixixi...