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
1 komentar:
gabisa di download, linknya zonk
Posting Komentar