Dogol Bicara Kurva Uji Tarik (Pengantar)

Paparan kali tampak lebih cocok untuk orang-orang yang memiliki pemahaman dalam bidang mekanika. Tapi aku akan mencoba untuk men-dogolized bahasan ini sehingga bisa dipahami semua orang. Harapannya sih akan berguna bagi teman-teman semua.

Paparan si Dogol kali ini ingin menceritakan mengenai kurva uji tarik.

Apa itu kurva uji tarik? Bahasa kerennya adalah strain-stress curve. Wikipedia menjelaskannya sebagai berikut:

A stress–strain curve is a graph derived from measuring load versus extension for a sample of a material. The nature of the curve varies from material to material.

 

Untuk apakah kurva ini? Pada dasarnya kurva ini diperlukan untuk memperkirakan sifat-sifat mekanik dari material. Hal ini menjadi penting ketika sedang mendesain sesuatu. Hal ini lah yang menjadi jawaban mengapa ban mobil itu terbuat dari karet, mengapa badan mobil terbuat dari baja dan bukan sebaliknya.

*Catatan: Nama resmi kurva ini adalah kurva regangan-tegangan (diterjemahkan dari Bahasa Inggris), namun rupanya istilah “Kurva Uji-Tarik” terdengar lebih mudah diingat. Setidaknya oleh aku dan teman-teman.

 

Bagaimana cara mendapatkan kurva uji tarik?
Tentu saja, sesuai dengan namanya, ya melakukan uji tarik. Namun, sesuai nama kerennya tadi, kurva ini juga bisa didapatkan melalui metode yang lain.

 

Bagaimanakah Uji tarik dilakukan?
Secara umum, Uji tarik dilakukan dengan membuat benda uji (dengan dimensi sesuai standar pengujian), memasang pada sebuah alat-penarik-sekaligus-pencatat, kemudian menariknya sampai putus. Pencatatan dilakukan mulai dari awal penarikan sampai ketika benda uji tersebut putus.

 

Apa saja yang diukur dan dicatat?
Pada dasarnya: besarnya beban (gaya) dan besarnya pemanjangan (panjang) setiap waktunya.

Mungkin sebuah contoh akan bisa memberikan gambaran yang lebih baik.

Coba bayangkan seperti ini. Ambillah sebuah karet gelang. Gunting karet gelang itu sehingga bentuknya jadi seperti tali. Ukur panjangnya dan catat. Lalu, dengan memegang kedua ujungnya, tariklah perlahan-lahan.

• Pada detik 1, si Dogol menarik karet dengan gaya 1 Newton dan gelang memanjang 1 mm.
• Pada detik 2, si Dogol menarik karet dengan gaya 2 Newton dan gelang memanjang 2 mm.
• Pada detik 3, si Dogol menarik karet dengan gaya 3 Newton dan gelang memanjang 3 mm.

Tarik dan catat sampai karet itu putus.

Gambarlah hasil yang didapat pada sebuah kertas. Pemanjangan pada sumbu horizontal dan besar gaya pada sumbu vertikal. Hasilnya adalah sebuah kurva, yang jika diolah lebih lanjut, akan menjadi kurva regangan-tegangan untuk material karet gelang.

Hasilnya, kurang lebih akan seperti ini:

Berhubung si Dogol ini tidak punya gambar hasil uji tarik karet gelang, maka yang ditampilkan berikut adalah kurva (umum) hasil uji tarik baja:

Kurva Uji Tarik (umum) untuk material Baja
Klik gambar untuk memperbesar. (Courtesy of shodor.org)

 

 

Weladalah, kok jadi pusing? Banyak istilah yang tidak genah. Tenang, sebenarnya tidak serumit itu kok. Bagaimana cara membaca (dan juga membayangkannya) akan diterangkan pada paparan yang lain. Sekarang mari kita membicarakan apa fungsi dari kurva ini dahulu.

Jadi, apa fungsi kurva uji tarik ini?

 

Seperti yang sudah sudah dikatakan sebelumnya, kurva ini dicari/dibuat untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari sebuah material. Gambar di atas menunjukkan kurva regangan-tegangan dari umumnya baja. Harap diketahui, ada banyak jenis logam dan masing-masing mempunyai sifat-sifat mekanik yang berbeda. Bahkan baja pun bermacam-macam dan memiliki sifat mekanik yang berbeda-beda.

Apa saja sifat-sifat mekanik yang bisa diketahui dari kurva uji-tarik?

 

Elastic Region (Daerah Elastis)

Karet yang ditarik (diberi beban) akan kembali ke panjang semula ketika dilepas (dari beban). Percaya atau tidak, tapi baja pun punya sifat itu. Jadi, baja yang ditarik (ataupun dibengkokkan), akan memanjang (atau membengkok) dan akan kembali ke bentuk semula ketika bebannya dilepas. Tentunya baja tidak se-elastis karet. Contoh paling sederhana, lihatlah pegas baja. Pegas baja dapat memanjang dan memendek dan kembali ke panjang awal ketika beban dilepas.

 

Yield Stress (Tegangan Luluh)

Yield stress adalah ‘titik’ ketika si material sudah melampui batas elastiknya. Karet yang ditarik dengan beban yang tinggi tidak akan kembali lagi ke panjang semula ketika beban dilepaskan. Ada penambahan panjang. Seperti karet di celana dalam teman-teman misalnya. Ketika baru dibeli, celana dalam dirasakan sangat sempit. Ketat. Nah, setelah n kali digunakan, ia akan melar. Maka n adalah yield stress karet celana dalam. *Catatan: Ini sebenarnya merupakan fenomena mulur (creep) tapi kurang lebih demikianlah penggambarannya.

Rasanya hal ini lebih dapat diamati pada logam. Misalnya pada kawat baja yang cukup besar. Ketika dibengkokkan sedikit, ia akan kembali lagi ke bentuk semula. Namun ketika dibengkokkan, sedemikian rupa sehingga tegangan yang ditimbulkan melebihi yield stress-nya, maka ia tidak akan kembali ke bentuk semula.

 

Ultimate Stress (Tegangan Akhir?)

Ultimate stress adalah ‘titik’ ketika si material sudah berubah sekali sifatnya. Karet yang ditarik akan mengalami pemanjangan secara aksial sekaligus penyusutan diameter. Artinya, karet bertambah panjang dan juga bertambah kecil. Pada saat ini, sifat karet sangatlah rentan. Ditarik sedikit lagi pasti putus. Karet sudah melampaui batas kemampuannya.

Baja pun begitu. Akan ada kondisi dimana sifat baja sudah mencapai batas kemampuannya untuk berdeformasi plastis (lawan dari deformasi elastis yang artinya masih bisa kembali ke kondisi awal).

 

Fracture Stress (Tegangan Patah/Putus?)

TAMAT. Ya, ini akhir perjalanan dari si karet, baja ataupun benda uji lainnya. Patah. Putus.

 

Nah, apa fungsi dari sifat-sifat mekanik di atas? Dengan mengetahui sifat-sifat mekanik seperti yield strength (dari yield stress), ultimate strength (dari ultimate stress) dan juga daerah elastis, seseorang dapat memutuskan material yang cocok untuk kebutuhannya.

Contoh?

Untuk ban mobil misalnya. Dibutuhkan material dengan daerah elastis yang luas agar bisa berkendara dengan nyaman dan yield strength yang cukup tinggi agar bentuknya tidak mudah berubah. Karet merupakan material yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut.

Untuk struktur jembatan misalnya. Dibutuhkan material dengan yield strength yang tinggi agar mampu menumpu beban besar dan daerah elastis yang kecil (bukan berarti tidak ada) supaya kendaraan bisa lewat dengan nyaman (tidak terombang-ambing seperti di atas laut). Maka dipilihlah material Baja, dan bukan bapau.

 

Kurva regangan-tegangan bukanlah satu-satunya media untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik. Bahkan tidak semua sifat mekanik dari semua material bisa diketahui dari kurva ini. Namun bisa dibilang, bahwa kurva ini bisa bercerita banyak mengenai suatu material =).

Yah, kurang lebih begitulah cerita mengenai kurva uji-tarik. Nantikan paparan selanjutnya mengenai cara mencerna dan mengerti kurva regangan-tegangan ini. Tentu saja, sudah di-dogolized.

Sampai jumpa!

 

:.\Gojo

Tautan: Silakan baca tutorial dari shodor.org untuk mengenal lebih baik tentang uji tarik.

Paparan ini ditulis dan di’naik-cetak’kan menggunakan Blogdesk dan koneksi Starhub. Terima kasih telah membaca ini.