fdm-02b kelompok 10
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
1/19
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. TUJUAN PERCOBAAN
Tujuan percobaan ini adalah mempelajari, mengamati dan mengukur
fungsi perbesaran dan beda fasa jawab getaran untuk berbagai frekuensi eksitasi.
1
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
2/19
BAB II
TEORI DASAR
II. 1. Teori Dasar Modul
Suatu sistem dikatakan bergetar apabila terjadi perubahan besaran
secara periodik. Pada umumnya, getaran merupakan bentuk energi sisa pada
berbagai kasus yang tidak diinginkan. Khususnya hal ini benar pada mesin
dan memindahkan gaya yang tidak diinginkan dan menggerakkan benda
yang didekatnya.
Fenomena getaran dapat dilihat dimana-mana misalnya sinar matahari
yang berubah dengan perioda ! jam, ayunan, piston motor bakar yang
bergerak maju mundur dan sebagainya. "esaran yang menyatakan getaran
dapat berupa suhu, simpangan sudut, tekanan, tekanan listrik, kecepatan dan
lain-lain.
#etaran paksa adalah getaran yang terjadi apabila sistem getaran
mendapat gangguan atau dapat dikatakan bahwa bila gaya luar F$t%, bekerja
pada sistem selama gerakan getarannya, dapat diterminologi sebagai getaran
paksa, sistem cenderung bergetar pada frekuensinya sendiri disamping
mengikuti gaya eksitasi.
&engan adanya gesekan, bagian gerakan yang ditahan oleh gaya
eksitasi sinusioda secara perlahan hilang. &engan demikian sistem akan
bergetar pada frekuensi gaya eksitasi dengan mengabaikan kondisi awal atau
frekuensi pribadi sistem. Kesetimbangan pada mesin-mesin yang berputar
merupakan sumber eksitasi getaran yang biasa dijumpai.
Pada sistem pegas yang dibatasi untuk bergerak dalam arah 'ertikal
dan dirancang oleh mesin yang berputar yang tidak seimbang.
Ketidakseimbangan itu ditunjukkan oleh massa eksentrik( aneh $m% dengan
eksentrisitas $e% yang berputar melawan kecepatan sudut $)%.
2
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
3/19
x
K/2K/2 C
M
e
m
t
c2
km22+
x=me
2
tan= c
km
Pada system getaran paksa, secara umum persamaan gerak system
menjadi*
m
2x
t2 +c
x
t +kx=F(t)
Persamaan tersebut dapat disesuaikan dengan menyelesaikan
persamaan diferensial dimana terdapat dua jawaban yaitu jawaban homogen
dan jawaban khusus.
3
#ambar +. assa tak seimbang yang berputar
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
4/19
II. 2. Defiisi !e"ara
#etaran adalah gerakan bolak-balik yang ada di sekitar titik
keseimbangan dimana kuat lemahnya dipengaruhi besar kecilnya energi
yang diberikan. Satu getaran frekuensi adalah satu kali gerak bolak-balik
penuh. &isamping osilasi mekanis, pengertian getaran juga terdapat pada
bagian lain seperti gelombang lektromagnetik, akustik, dan arus bolak balik.
Kadang satu kondisi interaksi antara masalah yang berbeda terjadi misalnya
getaran mekanis menyebabkan osilasi listrik atau sebaliknya. Prinsip dasar
analisa, persamaan matematika dan terminology untuk fenomena getaran
sama pada setiap bidang.
#etaran bebas terjadi jika system berosilasi karena gaya yang berada
dalam sistem itu sendiri dan tidak ada gaya dari luar yang bekerja.
Sedangkan getaran paksa $forced vibration% terjadi jika ada gaya luar
sebagai gaya eksitasi yang bekerja pada sistem yang membuat sistem
berosilasi. Penggolongannya bentuk getaran dapat pula didasarkan pada
banyaknya koordinat sumbu-sumbu getaran dengan arah getaran arah
tertentu $derajat kebebasan%. amun untuk memudahkan dalam menganalisa
fenomena getaran, maka sistem getaran disederhanakan menjadi satu derajat
kebebasan. al ini tetap menghasilkan penyelesaian dan tingkat ketelitian
yang memadai.
II. 2.1. #e"ara Be$as
/aitu getaran yang terjadi jika system berosilasi karena bekerjanyagaya yang ada dalam system itu sendiri $Inherent%, dan jika ada gaya luas
yang bekerja. System yang bergetar bebas akan bergerak pada satu atau
lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan sifat system dinamika yang di
bentuk oleh distribusi kekuatannya.
4
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
5/19
#ambar 00.. Sistem pegas-massa dan diagram benda
II. 2.2 Getaran Paksa
#etaran Paksa adalah getaran yang terjadi karena rangsangan gaya
luar, jika rangsangan terebut berosilasi maka system dipaksa untuk bergetar
pada frekuensi rangsangan. 1ika frekuensi rangsangan sama dengan salah
satu frekuensi natural system, maka akan di dapat keadaan resonansi dan
osilasi besar yang berbahaya mungkin terjadi.
II. %. S&ara"'s&ara" Ter(adi&a #e"ara
5
#ambar 00.2 #etaran paksa dengan Peredam
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
6/19
Ada&a Massa
Ketidak seimbangan massa yang berputar merupakan sumber eksitasi
getaran. Karena ketidak seimbangannya di distribusikan ke segala
bidang.
Ada&a )e*a*ua
"enda yang terlalu kaku seperti besi cor akan sulit bergetar karena
sifatnya getas.
Ada&a Si+,a!a A-al
Simpangan awal sangat penting untuk memungkinkan suatu benda
bergetar karena bila tidak ada simpangan awal suatu system getaran
tidak akan bergetar.
II. )eu"u!a da *eru!ia !e"ara
Keuntungan dari adanya gataran yaitu *
+. esin penghancur aspal
. 1arum jam aroji
2. #etaran tanda panggilan pada handphone
!. #etaran pada mesin atau kendaraan
Kerugian dari adanya getaran yaitu *
+. #etaran akibat gempa bumi.
. #etaran yang berlebih pada suatu struktur kontruksi
2. Kerugian getaran pada mesin perkakas yang mempengaruhi pada
akurasi mesin dapat merusak benda sekitar
II. /. Ma0a+'+a0a+ Pereda+
Pereda+ is*os* pengaruh redaman yang terpenting pada bergetar
adalah membatasi 3mplitudo respons pada keadaan resonansi. Padaredaman karena kekentalan, 3mplitudo pada keadaan resonansi.
4edaman ekui'alen diperoleh dengan menyamakan 5nergi oleh
redaman 'iskos dengan 5nergi oleh gaya redaman non'iskos dengan
gerak armonik yang diasumsikan.
6
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
7/19
Pereda+
dia+i* *
Peredam yang menahan "eban dinamik, Peredam yang digunakan
untuk meredam massa dinamik.dalam hal ini peredam digunakan
untuk menahan beban yang terjadi secara berulang pada satu
komponen mesin.
#ambar 00.6. "antalan penahan esin
7
#ambar 00.!. Shockabsober
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
8/19
Pereda+ 0oulo+$ * pedaman coulomb diperoleh dari gesekan
dua permukaan kering. #aya redaman adalah hasil kali gaya normal
dengan koefisien gesekan dan dianggap tidak tergantung pada
kecepatan, bila gerakan dimulai.
II. . Ma0a+'+a0a+ Reda+a
Oer Da+,i!
Keadaan dimana rasio 4edaman
lebih dari +
Kelebihan peredam, dimana pada
system tersebut tidak sempat
bergetar dikarenakan kelebihan
peredam. 1adi ketika sistem getaran tersebut diberi simpangan awal
dan dilepas maka sistem getaran tersebut tidak akan sempat bergetar
terlebih dahulu tapi akan kembali pada posisi kesetimbangannya.
#ambar 00.7. 8'er damping
8
#ambar 00.9. Tromol rem
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
9/19
Uder Da+,i!
Keadaan dimana rasio 4edaman kurang dari +
Kekurangan peredam, dimana pada system tersebut bergetarnya lama
dibandingkan dengan kritikal damped, untuk berada pada posisi
setimbang dibutuhkan waktu yang lama.
9
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
10/19
#ambar 00.:. ;nder damping
Cri"i0al Da+,i!
Keadaan dimana rasio 4edaman sama dengan +
4edaman kritis, dimana berada pada limited case, artinya berada
pada batas getaran dan tidak bergetar melewati titik
kesetimbangan.
II. 3. A,li*asi #e"ara Pa*sa
10
#ambar 00.
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
11/19
3nalisa getaran pada kendaraan. Pada kendaraan terjadi getaran yang
dapat mengganggu kenyamanan orang yang mengendarainya. #etaran ini
dapat bersumber pada mesin maupun pada bagian kendaraan secara
keseluruhan. #etaran ini disebabkan oleh banyak faktor penyebab. isalnya
getaran pada mesin disebabkan oleh adanya gerakan komponen-komponen
mesin tersebut. Seperti diketahui bahwa getaran terjadi karena adanya
gerakan massa yang bergerak bolak-balik atau berputar yang tidak
seimbang. Pada mesin, komponen yang bergerak bolak-balik adalah piston
dan komponen yang bergerak berputar adalah poros engkol, poros cam, roda
gigi, dan lain-lain. Ketidak seimbangan dari komponen yang bergerak
tersebut mengakibatkan getaran pada mesin. Semakin cepat gerakan dari
komponen yang bergerak tadi dan semakin tidak seimbang gerakannya,
maka getaran yang terjadi pada mesin akan semakin besar pula. ;ntuk
mengatasi getaran yang terjadi pada mesin, biasanya dilakukan dengan cara
memasang isolasi pada mesin. >etaknya yaitu pada bagian penyangga mesin
dari rangka kendaraan. &engan begitu, getaran dari mesin tidak akan sampai
pada rangka kendaraan, tetapi diredam oleh isolasi tadi.
Selain getaran pada mesin, getaran pada kendaraan biasa juga
disebabkan oleh kondisi jalan yang kurang baik. isalnya jalan yang dilalui
oleh kendaraan tersebut tidak rata atau berlubang-lubang. Kondisi jalan
tersebut menyebabkan getaran pada kendaraan yang besarnya tergantung
pada seberapa jelek keadaan jalan tersebut. ;ntuk mengatasi getaran tadi,
biasanya dilakukan dengan memasang suspensi pada kendaraan. Sebenarnya
sebelum getaran yang terjadi sampai pada sistem suspensi kendaraan,
getaran yang terjadi sudah diredam oleh ban yang terbuat dari karet danberisi udara. amun redaman yang terjadi pada roda kendaraan tidak cukup
untuk meminimalisir getaran yang terjadi sehingga digunakanlah suspensi.
Suspensi terdiri dari pegas untuk meredam getaran dan shock absorber untuk
meredam 8silasi yang terjadi. 1enis pegas yang biasa digunakan pada
kendaraan misalnya pegas spiral, pegas daun, dan lain-lain. 3papun jenis
pegasnya, yang jelasnya pegas ini berfungsi untuk meredam getaran agar
getaran yang terjadi tidak sampai pada rangka kendaraan.
11
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
12/19
3nalisa #etaran PadaImpact Tools Impact toolsmerupakan suatu alat
yang sangat dibutuhkan untuk membantu suatu pekerjaan dalam melakukan
penekanan yang keras dan kuat untuk mendapatkan hasil yang maksimal.
esin ini digunakan untuk mematahkan benda kerja atau material uji
dengan mengayunkan beban ayunnya ke pertengahan benda kerja dengan
diberi gaya angkat yang maksimal sehingga memberikan dampak tumbukan
yang kuat dan dapat mematahkan benda uji. 3kibat dari adanya hantaman
yang keras antara permukaan benda kerja dengan beban ayun yang telah
diberi gaya, maka pada saat bersentuhan keduanya akan menimbulkan
getaran. #etaran ini timbul akibat adanya beban paksa dari gaya angkat
lengan beban dengan benda yang diam. Semakin besar dan keras material
yang diberi tumbukan, maka akan semakin besar pula getaran yang
dihasilkannya. Karena ketebalan suatu material sangat berpengaruh pada
saat pemberian tumbukan, yang dimana semakin besar atau tinggi kadar
karbon suatu material tersebut, maka akan semakin besar pula gaya yang
dibutuhkan untuk membuat suatu material tersebut berubah bentuknya, baik
secara fisik, maupun molekulnya. 3pabila untuk pada saat pengujian ingin
menguji material yang besar dan kuat kadar karbonnya, sehingga getarannya
akan semakin kecil. aka digunakan beberapa media pendukung, misalnya
dengan memberikan pelumasan dan memberikan bantalan, untuk
mengganjal beban ayunnya agar mengurangi getaran yang dapat
mengakibatkan kerusakan mesin ataupun material yang diuji.
&efenisi-defenisi mengenai analisa getaran *
#etaran bebas adalah getaran suatu system tanpa adanya gaya luar yang
memaksa untuk bergetar, namun bergetar karena adanya kondisi awal yang
diberikan.
#etaran paksa adalah getaran suatu system karena adanya gaya luar yang
memaksa getaran dimana frekuensi system sama dengan frekuensi gaya
luar.
12
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
13/19
Periode adalah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus.
Frekuensi adalah banyaknya siklus dalam satu satuan waktu.
f?siklus(detik.
3mplitudo adalah perpindahan terjauh dari getaran suatu system dari
posisi ratanya, terdiri dari simpangan, kecepatan dan percepatan.
Sistem satu derajat kebebasan adalah suatu system yang dapat bergetar
pada banyak atau satu arah jika system diperoleh, dimana system tersebut
hanya dapat bergetar pada satu moidel atau cara atau hanya satu koordinat
bebas dipakai untuk menyelesaikan secara@ khusus dari lokasi getaran.
#erak harmonic sederhana adalah gerakan partikel yang bergerak pada
garis lurus, dengan percepatan selalu searah atau sejalan dengan jarak dari
partikel ketitik tertentu pada garis edarnya terhadap arah titik tertentu.
8silasi adalah suatu partikel dalam gerak periodic yang bergeral bolak-
balik melalui lintasan yang sama. =ontohnya keseimbangan arloji.
;nder dumping adalah system peredam dash pot ntuk getaran bebas
dimana akan terjadi oksilasi dengan nilai = $redaman% A =k $redaman
kritis% atau factor peredam B =k $redaman kritis% atau factor peredam B C +.
. Penyebab timbulnya getaran yaitu*
a. Khusus pada mesin, karena adanya massa berputar atau bolak-balik yang
tidak seimbang.
b. 3danya gaya luar yang memaksa sistem untuk bergetar.
c. #esekan kering antara dua permukaan.
d. #empa bumi yang menyebabkan pada gedung bertingkat.
e. 3ngin yang menyebabkan getaran pada kabel transisi dan pohon.
13
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
14/19
2. 1enis-1enis peredam yaitu*
a. Peredam 'iskous yaitu efek redaman terjadi pada permukaan luncur yang
dilumasi dari dashpot dengan kecepatan rendah dan celah yang kecil.
b. Peredam coulomd $gesek kering % yaitu efek redaman terjadi jika
permukaan
dalam keadaan kering $tanpa di lumasi% dimana gayahambat redaman praktis
konstan, tergantung pada kecepatan.
c. peredam struktur yaitu efek redaman terjadi akibat gesekan dalam sari
molekul.
d. Peredam antar permukaan yaitu tinggi getaran diserap aleh slipmikroskopik
antara permukaan dengan bagian mesin yang berhubungan kontak dibawah
pengaruh berfluktuasi berubah-ubah%.
!. 3plikasi dari getaran pada bidang Konstruksi yaitu *
- alat pemecah beton
- pemanfaatan pada mesin pengebor aspal pada jalan dengan getaran terjadi
secara
kontinyu
- dimanfaatkan pada instrumen musik.
- untuk dipakai pada jembatan diperkirakan terjadi resonansi yang besar.
II. 4. Dia!ra+ f5asor
&alam teori listrik 3= setiap sumber daya yang memasok tegangan
yang baik gelombang sinus dari satu frekuensi tertentu atau dapat dianggap
sebagai jumlah dari gelombang sinus frekuensi yang berbeda. al yang rapi
14
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
15/19
tentang gelombang sinus seperti $D )t E% $t% ? 3sin adalah dapat
dipertimbangkan untuk langsung berhubungan dengan 'ektor dengan
panjang 3 bergulir dalam lingkaran dengan kecepatan sudut ) - sebenarnya
hanya y komponen 'ektor. Para D fase konstan adalah sudut yang dimulai
pada t ? G.
#ambar 00.+G &"" fhasor
Sejak gambar pena dan kertas tidak dapat animasi dengan mudah,
gambar & 'ektor berputar menunjukkan 'ektor tertulis di tengah lingkaran
seperti ditunjukkan pada #ambar di bawah. Para frekuensi sudut )
mungkin atau tidak mungkin ditunjukkan.
15
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
16/19
#ambar 00.++ &"" fhasor
Ketika dua gelombang sinus yang dihasilkan pada layar yang sama,
satu gelombang sering dikatakan memimpin atau tertinggal yang lain.
Terminologi ini masuk akal dalam gambar 'ektor bergulir seperti yang
ditunjukkan pada #ambar 2. ektor biru dikatakan memimpin 'ektor merah
atau sebaliknya 'ektor merah tertinggal 'ektor biru.
#ambar 00.+ &"" fhasor
engingat gelombang sinus sebagai komponen 'ertikal dari 'ektor
memiliki sifat lebih penting. isalnya, menambah atau mengurangi dua
gelombang sinus secara langsung membutuhkan banyak manipulasi aljabar
16
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
17/19
dan penggunaan identitas trigonometri. amun jika kita mempertimbangkan
gelombang sinus sebagai 'ektor, kita memiliki masalah sederhana
penjumlahan 'ektor jika kita mengabaikan ). isalnya mempertimbangkan
Asin$)t E H% ? 6sin$)t E 2G I% E !sin$)t E +!G I%J
penambahan 'ektor yang sesuai adalah*
#ambar 00.+2 &"" fhasor
A? 6 cos$2G I E ! cos$+!G I% ? +,96
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
18/19
1 3
4
2
5
7
86
Gambar II.14. Peralatan percobaan etaran pa!"a
II. 6. Is"alasi Per0o$aa
II. 17 Perala"a &a! di!ua*a
Peralatan yang digunakan pada percobaan getaran paksa
diperlihatkan pada gambar diatas, yaitu *
+. "atang ;tama
. otor &= dengan piringan massa tak balans
2. "usur derajat 29GG
!. Peredam dinamik
6. assa dinamik
9. Peredam 'iskos7. Penghubung ( =onnecting
:. icrometer
18
-
7/24/2019 Fdm-02b Kelompok 10
19/19
II. 11. Prosedur Pra*"i*u+
+. Susunlah peralatan pengujian getaran paksa dengan menggunakan
peredam 'iskos.
. enghitung titik acuan simpangan antara micrometer dan
connecting.
2. Putar motor listrik pada putaran mulai dari : 'olt.
!. Putar micrometer sampai stroboskop menyala lalu dekatkan
stroboskop pada massa tak balans yang telah diberi busur derajat
kemudian catat sudut fasa dan simpangan pada micrometer.
6. 1auhkan antara simpangan pada connecting dan micrometer sampai
stroboskop tidak menyala lagi.9. ;langi langkah kedua dan putar motor pada putaran yang lebih
tinggi dan catat hasilnya.
7. 3mbilah data sampai putaran motor lebih tinggi dari putaran
frekuensi pribadinya.
:. >akukan langkah pertama sampai langkah ketujuh untuk
mendapatkan putaran motor listrik dan sudut fasa serta simpangan
tanpa menggunakan peredam 'iskos.
19