Senin, 24 Juni 2013

MAKALAH MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDA



TUGAS MAKALAH
MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDA

“Sifat Brittleness Material dan  Contohnya”





Disusun Oleh:
1.     Budiman                                (H12111038)
2.     Aristya Febi Primanda           (H12111016)
3.     Trey Ayeunani Rahayu          (H12111015)



PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS TANJUNGPURA
TAHUN 2013



BAB I
PENDAHULUAN

Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, berkat limpahan rahmat-Nyalah penulis dapat menyelesaikan tugas makalah mata kuliah mekanika zat padat dan fluida, yang membahas tentang sifat kerapuhan yang dimiliki material dan menjelaskan contoh benda yang memiliki sifat brittleness (kerapuhan) ini. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1.     Ibu Dwiria Wahyuni sebagai dosen mata kuliah mekanika zat padat dan fluida.
2.     Teman-teman kelas A yang telah memberikan suport saat mengerjakan tugas ini
Makalah ini tentunya masih memiliki banyak kekurangan yang terdapat didalamnya. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang membacanya, demi mencapai hasil yang lebih baik kedepannya.

                                                                                                               Pontianak, 22 April 2013

                                                                                                                              Penulis



Daftar Isi
Bab I Pendahuluan
Kata Pengantar i
Daftar Isi ii
Bab II Pembahasan
A.    Sifat Mejanik Material 1
B.     Kerapuhan (brittleness) 2
C.     Kaca 2
Bab III Penutup
Kesimpulan dan Saran7
Daftar Pustaka8





BAB II
PEMBAHASAN

A.    Sifat Mekanik Material
Banyak material yang terdapat di sekitar kita, dan telah menjadi bagian dari pola berpikir manusia bahkan telah menyatu dengan keberadaan kita. Bahwa pada hakikatnya bahan dengan sendirinya merupakan bagian dari alam semesta, secara terperinci bahan adalah benda yang dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam berbagai kepentingan manusia seperti digunakan untuk bangunan, mesin, peralatan atau produk. Sebagai contohnya yaitu: logam, keramik, semikonduktor, polimer, gelas, dielektrik serat, kayu, pasir, batu berbagai komposit dan lain-lain. Pada dasarnya bahan atau material mempunyai beberapa sifat mekanik, sifat fisik dan sifat kimia.
Beberapa contoh  sifat mekanik material yang sering kita temui  yaitu :
1.        Kekuatan (Strength)
Kekuatan yaitu kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini sangat tergantung pada jenis pembebannya, antara lain :
Kekuatan tarik akibat beban tarik
Kekuatan geser akibat beban geser
Kekuatan tekan akibat beban tekan
Kekuatan torsi akibat beban torsi
Kekuatan lengkung akibat beban bending
2.      Kekerasan (hardness)
Kemampuan bahan untuk tahan terhadap penggoresan, pengikisan (abrasi), indentasi atau penetrasi. Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance). Kekerasan juga berkorelasi dengan kekuatan.
3.      Ketangguhan (toughness)
Kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan.
4.      Kelelahan (fatique)
Kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima beban yang berulang / dynamic yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan elastiknya.
5.      Kerapuhan (brittleness)
Material yang dapat hancur bila diberi suatu beban yang melebihi daya tahan material. Penghancuran suatu batuan tidak melalui tahap aliran plastis (plastic flow) seperti halnya pada material ductile. Dengan kata lain, dengan pemberian suatu gaya, maka batuan akan berubah bentuk secara elastis dan kemudian akan hancur tanpa melalui perubahan bentuk secara plastis (plastic flow).
B.     Kerapuhan (brittleness)
            Perilaku bahan secara luas dapat digolongkan menjadi dua kategori; rapuh dan ductile. Baja dan aluminium biasanya jatuh di kelas ductile. Kaca dan besi cor jatuh di kelas bahan rapuh. Ductile akan menahan besar strain sebelum spesimen pecah; bahan rapuh fraktur di strain jauh lebih rendah. Bahan rapuh sering mempunyai muda relatif besar modul dan ultimate menekankan dibandingkan dengan ductile.
            Perbedaan ini adalah pertimbangan utama untuk brittleness dan ductile. Ductile menunjukkan strain besar dan menghasilkan sebelum mereka gagal. Sebaliknya, bahan rapuh gagal tiba-tiba dan tanpa peringatan. Dengan demikian ulet bahan seperti baja adalah pilihan yang alami struktural anggota dibangunan seperti yang kita inginkan cukup peringatan akan diberikan sebelum gedung roboh.
Brittleness umumnya disebut kerapuhan yaitu sejumlah regangan yang diperlukan suatu material untuk mengalami failure. Adapun besar kecilnya kerapuhan yang dimiliki suatu benda bergantung pada nilai reduction area yang dirumuskan dengan :
  (1)
Keterangan :
RA = Reduction area
 = Luasan Penampang awal
 = Luasan penampang saat terjadi failure
Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa semakin kecil nilai reduction area maka benda semakin rapuh (brittle material). Sedangkan semakin besar nilai reduction area maka benda semakin ductile atau mudah  dibentuk.
Berbeda halnya dengan benda ductile, material yang memiliki sifat rapuh ini jika diberikan gaya melebihi kemampuan benda untuk menampung beban maka ia akan retak dan hancur, tanpa adanya perubahan bentuk terlebih dulu. Hal ini dapat kita temukan pada kaca, yang merupakan contoh benda brittleness dengan  reduction area (RA) mendekati 0 %.
C.     Kaca
Kaca merupakan sebuah substansi yang keras dan rapuh, serta merupakan padatan amorf. Hal ini dikarenakan bahan – bahan pembuat kaca bersifat amorf yang mana dapat meleleh dengan mudah. Kaca merupakan hasil penguraian senyawa – senyawa inorganik yang mana telah mengalami pendinginan tanpa kristalisasi. Komponen utama dari kaca adalah silika. Dalam kehidupan sehari – hari kaca digunakan sebagai cermin, insulator panas, alat – alat laboratorium, dekorasi, dan pembatas ruang.
Menurut Adams dan Williamson, kaca adalah material amorf yang pada suhu biasa mempunyai bentuk yang keras, tetapi apabila dipanaskan, lama kelamaan akan menjadi lunak, sesuai dengan suhu yang meningkat dan akhirnya menjadi kental hingga mencapai keadaan cair. Selama proses pendinginan terjadi proses yang berkebalikan dengan proses peleburan kaca. Kaca memiliki sifat yaitu tahan terhadap bahan kimia, efektif sebagai isolator listrik, dapat menahan vakum. Selain memiliki sifat-sifat tersebut, kaca merupakan bahan yang rapuh dan tidak tahan terhadap benturan.
1.       Unsur Unsur Pembentuk Kaca
Kaca merupakan bentuk lain dari gelas (Glass). Oksida – oksida yang digunakan untuk menyusun komposisi kaca dapat digolongkan menjadi :
a.       Glass Former
Merupakan kelompok oksida pembentuk utama kaca.
b.      Intermediate
Oksida yang menyebabkan kaca mempunyai sifat-sifat yang lebih spesifik, contohnya untuk menahan radiasi, menyerap UV, dan sebagainya.
c.       Modifier
Oksida yang tidak menyebabkan kaca memiliki elastisitas, ketahanan suhu, tingkat kekerasan, dll.
Tabel 1
Kelompok bahan baku kaca
Glass former
Glass Intermediate
Glass modifier
B2O3
Al2O3
MgO
SiO2
Sb2O3
Li2O
GeO2
ZrO2
BaO
P2O5
TiO2
CaO
V2O5
PbO
SrO
As2O3
BeO
Na2O
 Kombinasi dari ketiganya akan mempengaruhi karakteristik kaca saat dilakukan proses pembentukan.
2.      Sifat Kaca
Sifat kaca yang penting untuk dipahami adalah sifat pada saat kaca berbentuk fasa cair dan fasa padatnya. Sifat fasa cair dari kaca digunakan dalam proses pengambangan (floating) dan pembentukan kaca, sedangkan untuk sifat fasa padat dari kaca digunakan didalam pemakaiannya (kegunaannya). Beberapa sifat fisik dan kimia yang penting dari kaca antara lain :
a.       Sifat mekanik
Tension strength atau daya tarik adalah sifat mekanik utama dari kaca. Tensile strength merupakan tegangan maksimum yang dialami oleh kaca sebelum terpisahnya kaca akibat adanya tarikan (fracture). Sumber fracture ini dapat muncul jika kaca mempunyai cacat di permukaan, sehingga tegangan akan terkonsentrasi pada cacat tersebut. Kekuatan dari kaca akan bertambah jika cacat di permukaan dapat dihilangkan.
b.      Densitas dan Viskositas
Densitas adalah perbandingan antara massa suatu bahan dibagi dengan volumenya. Nilai densitas dari kaca adalah sekitar 2,49 g/cm3. Densitas dari kaca akan menurun seiring dengan kenaikan temperatur. Sedangkan, viskositas merupakansifat kekentalan dari suatu cairan yang diukur pada rentang temperatur tertentu. Viskositas dari kaca sekitar 4,5 x 107 poise. Harga viskositas dari kaca merupakan fungsi dari suhu dengan kurva eksponensial.
c.       Sifat Termal
Konduktivitas panas dan panas ekspansi merupakan sifat termal  yang penting dari kaca. Kedua sifat ini digunakan untuk menghitung besarnya perpindahan panas yang diterima oleh cairan kaca tersebut.
d.      Optical Properties
· Refractive properties
Kaca mempunyai sifatmemantulkan cahaya yang jatuh pada permukaan kaca tersebut.Sebagian sinar dari kaca yang jatuh itu akan diserap dan sisanya akan diteruskan. Apabila cahaya dari udara melewati medium padat seperti kaca, maka kecepatan cahaya saat melewati kaca menurun. Perbandingan antara kecepatan cahaya di udara dengan kecepatan cahaya yang lewat gelas ini disebut dengan indeks bias. Nilai indeks bias untuk kaca adalah ± 1,52.

· Absorptive properties
Intensitas cahaya yang masuk ke dalam akan berkurang karena adanya penyerapan sepanjang tebal kaca tersebut. Jika kaca semakin tebal, maka energi cahaya yang diserap akan semakin banyak sedangkan intensitas cahaya yang masuk melalui kaca akan semakin rendah.
e.       Stabilitas kimia
            Stabilitas kimia adalah ketahanan suatu bahan terhadap pengaruh zat kimia. Stabilitas kimia banyak dipengaruhi oleh bahan – bahan pembentuk kaca.
3.      Bahan Baku Kaca
Ada 4 jenis bahan baku utama yang dapat digunakan untuk menghasilkan kaca, antara lain :
ü  Pasir silika
Pasir silika merupakan sumber dari SiO2. Pasir silika yang digunakan sebagai bahan baku kaca adalah pasir silika yang tidak banyak mengandung pengotor, baik dari bahan organik maupun bahan anorganik. Pasir silika berguna untuk membentuk cairan gelas yang sangat kental yang memiliki ketahanan terhadap perubahan temperatur yang mendadak.
ü  Dolomite (CaO.MgO.H2O )
Dolomite digunakan sebagai sumber CaO dan MgO. Dolomite ini biasanya berupa mineral tambang berwarna putih. Penggunaan dolomite sangat penting karena dapat mempermudah peleburan (menurunkan temperatur peleburan) serta mempercepat proses pendinginan kaca.
ü  Soda Ash (Na2CO3)
Soda Ash ini digunakan sebagai sumber Na2O dan K2O. Fungsi dari Na2O adalah menurunkan titik lebur. Secara umum, penggunaan Soda Ash adalah mempercepat pembakaran, menurunkan titik lebur, mempermudah pembersihan gelembung dan mengoksidasi besi.
ü  Cullet
Cullet merupakan sisa – sisa dari pecahan kaca yang dapat digunakan sebagai salah satu bahan baku utama dari produksi kaca. Tujuan dari penggunaan cullet ini adalah mengurangi 3 bahan baku utama di atas sehingga biaya produksi dapat semakin kecil. Komposisi kimia dari cullet sama dengan komposisi kimia kaca yang diproduksi. Selain itu, penggunaan cullet ini dapat memperkecil melting point atau titik lebur dari pembuatan kaca, sehingga dapat menghemat penggunaan bahan bakar.
            Bahan baku kaca tidak hanya terdiri dari 4 bahan di atas, tapi ada juga bahan pendukung lainnya, seperti Feldspar, Calumite, Sodium Nitrate, Blue Dust, Nickel Oxide, Cobalt Oxide, Salt Cake, Nepheline dan Sodium Selenite. Feldspar digunakan sebagai sumber alumina (Al2O3) dan besi (Fe). Feldspar yang digunakan harus memiliki kemurnian cukup tinggi dan mudah melebur. Feldspar meleleh pada suhu 1100 oC – 1200 oC. Alumina berfungsi untuk meningkatkan elastisitas dan kekuatan kaca terhadap lingkungan, sedangkan Fe digunakan untuk memberikan bias kehijauan sehingga dapat menaikkan persen transmitan dari kaca.



BAB III
PENUTUP
A.    Kesimpulan
            Brittleness yaitu ketidakmampuan benda dalam menahan beban melebihi ambang batasnya, yang menyebabkan benda tersebut akan gagal atau pecah seketika saat terjadi kelebihan gaya tersebut. Besar kecilnya kerapuhan yang dimiliki suatu benda bergantung pada nilai reduction area, semakin kecil reduction area maka semaki brittleness dan semakin besar reduction area maka semakin ductile. Contoh benda yang bersifat brittleness yaitu gelas, kaca, semen, besi cord dan lain sebagainya.
B.     Saran
            Mungkin inilah yang bisa penulis rangkum dari berbagai artikel dan tentu saja masih banyak sekali kekurangan terdapat didalamnya karena informasi yang didapatkan juga sangat minim. Untuk menyempurnakan makalah ini perlu tambahan informasi dari buku yang membahas lebih dalam tentang brittleness material, sehingga semua kekurangan dalam makalah ini dapat teratasi.




Daftar Pustaka

Mangonon. P.L, 1999 .’ The Principles ofmaterials Selection for Engineering
Design’, Printice-Hall International,Inc. Hal- 29 -81.
Sastranegara, Azhari.___.Mengenal Uji Tarik dan Sifat-sifat Mekanik Logam.
hadisaputra@live.com/Sifat-sifat_Material_dan_Pengujiannya/21042013/.pdf/http


klik disini untuk download versi PDFnya



0 komentar: