PERTEMUAN 1 KONSEP DASAR MEKANIKA STATIKA Assalamu'alaikumwrwb, Mata kuliah ini merupakan mata kuliah wajib program studi Teknik Industri yang membahas prinsipprinsip dasar mekanika teknik yang berkaitan dengan sistem gaya, konsep benda tegar, konsep kesimbangan, konsep gaya dalam dan konsep gesekan yang digunakan untuk dapat menghitung dan merancang konstruksi sederhana dalam bidang mekanika teknik statis-tentu yang ditemui dalam aplikasi industri. Tujuan dari Kuliah Mekanika Teknik ini adalah memberikan kepada mahasiswa kemampuan untuk menerapkan prinsip-prinsip dasar mekanika teknik yang berkaitan dengan sistem gaya, konsep benda tegar, konsep kesimbangan, konsep gaya dalam dan konsep gesekan untuk menghitung dan merancang konstruksi sederhana dalam bidang mekanika teknik statis-tentu. Kelulusan Mata Kuliah ini ditentukan dari nilai-nilai dengan bobot sbb. ABSENSI KULIAH (e-learning): 10% TUGAS (LATIHAN): 20% UTS: 30% UAS: 40% Dengan bobot tersebut, maka para mahasiswa harus punya strategi agar bisa lulus. Misalnya, anda mendapat nilai 100 pada UTS dan UAS, maka anda sdh mengantongi nilai 70 atau C. Namun jika anda hanya mendapat nilai 70 pada UTS DAN UAS, maka anda hanya mendapat 49. Dibutuhkan minimum nilai 11 agar total nilainya 60 (nilai C minimum). Nilai 11 ini anda dapatkan jika anda rajin ikut e-learning dan mengerjakan tugas. Jika ada dapat mengumpulkan nilai 30 dari Absensi dan Tugas, maka total nilai yang anda kumpulkan adalah 79, sudah mendekati nilai B. Itu hanyalah contoh saja. Anda bisa mengatur diri anda untuk dapat lulus dengan nilai yang anda inginkan. Mekanika terbagi menjadi dua bagian besar: Solid Mechanics (Mekanika benda padat) dan Fluid Mechanics (Mekanika benda alir/cair). Mekanika yang akan kita pelajari masuk pada cabang solid mechanics, dan lebih khusus lagi yaitu STATICS (NDONESIA: STATIKA). Karena semuanya terkait dengan benda atau materi, dengan demikian kita harus memahami apakah yang dimaksud benda (materi) dan konsep-konaep yang terkait dengan materi. Berikut adalah beberapa konsep yang harus kita pelajari. Apakah materi, massa, volume? Apa yang dimaksud dengan benda diam dan benda bergerak? Apa yang menyebabkan benda bergerak? Sebutkan satuan untuk massa, volume, gaya. Sebutkan dua macam besaran dan berikan contoh-contohnya. Materi adalah segala sesuatu yang bisa di-indra oleh panca-indra kita. Apa yang bisa dilihat, didengar, dikecap oleh lidah, dicium oleh indra penciuman hidung, dan diraba oleh kulit, itu semua adalah materi. Namun, itu semua adalah definisi menurut pengertian umum. Adapun definisi menurut ilmu fisika materi adalah segala sesuatu yang memiliki massa dan membutuhkan ruang. Lalu, apa itu massa dan ruang? Massa adalah ukuran kuantitas materi yang dikandung oleh benda. Sedangkan ruang adalah batas yang melingkupi suatu benda. Dalam ilmu fisika, semua istilah yang saya sebut itu disebut besaran (quantity). Setiap besaran seperti massa dan ruang memiliki ukuran atau dimensi, dan dimensi terkecil disebut sebagai satuan. Secara internasional para ilmuwan sepakat untuk memberi ukuran dan satuan bagi setiap besaran. Misalnya; massa memiliki satuan dasar kg. Ruang memiliki ukuran volume dengan satuan meter kubik atau m3. Definisi massa muncul karena dikaitkan dengan gaya dan perubahan kecepatan atau percepatan. Definisi ini muncul dari hukum Newton (seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris, Sir Isaac Newton (1643– 1727) yang memperkenalkan konsep tentang gaya dan massa, dan merumuskan Hukum Gerak tahun 1686. Atas pertanyaan-pertanyaan: Apakah materi? Apakah massa? Apakah volume? Apa yang dimaksud dengan benda diam dan benda bergerak? Apa yang menyebabkan benda bergerak? Sebutkan satuan untuk massa, volume, gaya. Sebutkan dua macam besaran dan berikan contoh-contohnya. Salah seorang mahasiswa kelas terdahulu memberi jawaban sbb. Apakah materi, massa, volume? Massa adalah jumlah materi di tubuh benda atau zat, dan volumenya adalah jumlah ruang yang ditempati benda atau zat. Volume atau bisa juga disebut kapasitas adalah penghitungan seberapa banyak ruang yang bisa ditempati dalam suatu objek. Objek itu bisa berupa benda yang beraturan ataupun benda yang tidak beraturan. Apa yang dimaksud dengan benda diam dan benda bergerak? benda diam yaitu benda yang tidak mendapatkan gaya dari apapun kedudukan benda tersebut tidakmempengaruhi(tidak berpindah tempat) dr titik semula benda bergerak yaitu benda yg mendapatkan gaya dr suatu komponen atau kejadian,benda tersebut kemudian berpindah dr tmpt yg semula . Apa yang menyebabkan benda bergerak? Benda dapat bergerak akibat dikenai gaya. Gaya tersebut dapat berupa dorongan, tarikan, maupun gaya gravitasi/ gaya berat karena lingkungan sekitar pengaruhi gerak benda. Sebutkan satuan untuk massa, volume, gaya. Satuan massa SI : kg ( kilogram ) Satuan volume SI : m^3 ( meter kubik ) Satuan gaya SI : Newton (N) Sebutkan dua macam besaran dan berikan contoh-contohnya. 1. Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu dan tidak bisa diturunkan kembali dari besaran-besaran lainnya. Besaran pokok ini sudah disepakati secara internasional oleh para ilmuwan. Adapun besaran pokok terdiri dari 7 besaran, yaitu ꞏ Panjang, satuannya adalah meter (m) ꞏ Massa, satuannya adalah kilogram (kg) ꞏ Waktu, satuannya adalah sekon (s) ꞏ Suhu, satuannya adalah Kelvin (K) ꞏ Kuat arus listrik, satuannya adalah Ampere (A) ꞏ Jumlah zat, satuannya adalah mol (mol) ꞏ Intensitas cahaya, satuannya adalah candela (Cd) 2. Besaran turunan adalah besaran yang diperoleh dari turunan besaran-besaran pokok Contohnya adalah ꞏ Kecepatan dan kelajuan, satuannya adalah m/s ꞏ Percepatan dan perlajuan, satuannya adalah m/s² ꞏ Massa jenis, satuannya adalah kg/m³ ꞏ Gaya, satuannya adalah kg m/s² atau newton ꞏ Energi, satuannya adalah kg m²/s² atau joule ꞏ Volume, satuannya m³ ꞏ Luas, satuannya m² ꞏ Tekanan, satuannya kg/(m s²) atau pascal, dan lain2. Kalau kita bicara tentang benda yang diam atau bergerak, maka kita harus punya titik acuan atau disebut kerangka acuan. Benda dikatakan diam jika posisinya (jaraknya) tidak berubah terhadap titik acuan, sampai kapan pun (tidak berubah terhadap waktu). Dalam mekanika, titik acuan ini kita tetapkan dahulu, yaitu yang punya titik koordinat (x, y, z) dalam sistem koordinat Cartesian. Misalnya titik A (0, 0, 0) bisa dijadikan sebagai titik acuan. Suatu benda X, misalnya punya koodinat X (2m, 3m, 4m), maka jaraknya terhadap A adalah Z =√[(2 - 0)2 + (3- 0)2 + (4 0)2] = √(4 + 9 + 16) = √29 = 5.4m. Dalam kasus ini, benda X dikatakan diam terhadap A selama jaraknya ke titik A tetap sebesar 5.4m sampai kapan pun (tidak tergantung waktu). Berikut ini saya berikan ilustrasi kedudukan suatu titik A (4, 3) terhadap titik acuan O (0, 0). Dari sini terlihat jelas, jarak titik A terhadap titik acuan O, adalah akar kuadrat dari (42 + 32) = √(16 + 9) = √25 = 5. Nah, titik A dikatakan diam terhadap titik O jika jaraknya dan arahnya terhadap O tetap tidak berubah sepanjang waktu. Ingat, bukan hanya jaraknya saja yang tetap, tetapi juga arahnya harus tetap. Dari mana kita peroleh jarak A (4, 3) ke titik acuan O (0, 0)? Ya, kita masih ingat teorema Pythagoras: Jarak A ke O adalah √[(xA - xO)2 + (yA - yO)2]. Cobalah anda semua hitung jarak suatu titik B (6, 7) ke titik O (0, 0). Hitung pula jarak titik B ke titik A. KONSEP DASAR 1. Materi: setiap benda yang memiliki massa dan membutuhkan ruang untuk ditempati disebut materi. 2. Massa: adalah ukuran kualitas materi yang dikandung oleh benda Satuan SI: kg (kilogram) 3. Volume: adalah ukuran ruang yang ditempati oleh benda. Satuan SI: m3 (meter kubik) Catatan: Liter adalah satuan volume: 1000 liter = 1 m3 4. Keadaan diam dan bergerak: Keadaan diam dan keadaan bergerak adalah relatif dan tergantung pada kerangka acuan. Benda dikatakan dalam keadaan diam terhadap suatu kerangka acuan jika posisi benda terhadap kerangka acuan itu tidak berubah dengan berjalannya waktu. Benda dikatakan dalam keadaan bergerak terhadap suatu kerangka acuan jika posisi benda terhadap kerangka acuan itu berubah dengan berjalannya waktu. 5. Besaran Skalar: besaran yang hanya membutuhkan nilai besaran (magnitude) untuk menyatakannya. Misalnya: massa, interval waktu, panjang, dll. Besaran Vektor: besaran yang membutuhkan nilai besaran (magnitude) dan arah untuk menyatakannya. Misalnya: gaya, kecepatan, percepatan, momen, momentum, dll. 6. Perpindahan dan jarak yang ditempuh: Perpindahan linear total yang dilakukan oleh sebuah benda untuk mengubah posisinya dari satu titik ke titik lain disebut jarak (distance) yang ditempuh oleh benda tersebut. Jarak adalah besaran skalar. Satuan: meter (m) mm ‐ milimeter adalah 10‐3 m km ‐ kilometer adalah 103 m Total gerakan linear yang dibuat oleh sebuah benda untuk mengubah posisinya dari satu titik ke titik lain yang bergerak di sepanjang arah tertentu disebut perpindahan (displacement). Perpindahan adalah kuantitas vektor. Satuan: meter (m) 7. Laju dan Kecepatan: Jarak yang ditempuh dalam satu satuan waktu adalah laju. Satuan: m/s atau ms‐1 Perpindahan dalam satu satuan waktu disebut kecepatan. Satuan: m/s atau ms‐1 8. Gerak seragam dan gerak tidak seragam: Jika kecepatan benda bergerak tetap konstan maka gerakan dikatakan seragam. Jika kecepatannya berubah seiring berjalannya waktu, geraknya menjadi tidak seragam. 9. Akselerasi (percepatan) dan retardasi (perlambatan): perubahan kecepatan per satuan waktu disebut percepatan. Jika kecepatan meningkat seiring waktu maka percepatan positif. Jika kecepatannya berkurang dengan waktu maka percepatan negatif. Percepatan negatif disebut retardasi atau deselerasi. Satuan: m/s2 atau ms‐2 10. Momentum: adalah kapasitas benda yang bergerak untuk memberikan gerakan ke benda lain. Momentum benda yang bergerak didefinisikan sebagai perkalian massa dan kecepatan benda yang Momentum = mass X kecepatan Satuan: kg m/s atau kg ms‐1. 11. Hukum Newton I: “Setiap benda akan terus berada dalam keadaan diam atau bergerak seragam (kecepatan konstan) kecuali dipaksa oleh gaya luar”. 12. Inersia: adalah sifat bawaan dari suatu benda yang dapat mempertahankan keadaannya diam atau bergerak dengan kecepatan konstan kecuali dipaksa oleh gaya luar. 13. Gaya: adalah gaya luar, yang mengatasi atau cenderung mengatasi kelembaman (inersia) sebuah benda. Gaya adalah besaran vektor. 14. Unsur gaya: Ada empat unsur: a. Besarnya b. Arahnya c. Garis aksi d. Titik aksi atau titik tangkap 15. Hukum gerak Newton: “Laju perubahan momentum benda secara langsung sebanding dengan besarnya gaya yang bekerja dan terjadi dalam arah gaya tersebut ”. Penjelasan: Momentum awal = mu Momentum akhir = mv Perubahan momentum dalam interval waktu ‘t’ adalah (mv – mu) Laju perubahan momentum = Menurut hukum Newton II, 𝐹∝ 𝐹∝ 𝑚𝑣 𝑚𝑢 𝑡 𝑚 𝑣 𝑢 𝑡 𝐹∝𝑚 𝑣 𝑢 𝑡 𝐹 ∝ 𝑚𝑎 𝐹 𝐾 𝑚𝑎 Dalam satuan SI, gaya satuan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada benda bermassa 1 satuan massa menghasilkan akselerasi 1 satuan akselerasi. Atau dengan perkataan lain, F = 1 ketika m = 1 dan a = 1 maka 1 ∴𝐾 𝐾 ∙1 ∙1 1 Sehingga dapat ditulis: 𝐹 𝑚𝑎 Satuan gaya: newton (N). Satu newton adalah gaya yang bekerja pada benda bermassa 1 kg menyebabkan percepatan sebesar 1 m/s2. kN ‐ Kilo newton ‐ 103 N MN ‐ Mega newton ‐ 106 N GN ‐ Giga newton ‐ 109 N 16. Hukum gerak Newton: "Untuk setiap aksi ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah". 17. Cabang ilmu Mekanika Statics: Statika berkaitan dengan aksi gaya pada benda saat diam atau dalam kesetimbangan. Dynamics: Dinamika berkaitan dengan aksi gaya pada benda yang bergerak. Kinematics: Kinematika berkaitan dengan studi geometri gerak tanpa mempertimbangkan penyebab gerak. Kinetics: Kinetika berkaitan dengan studi gerak dengan mempertimbangkan arah gerakan. Mari kita sekarang menukik lebih dalam mengenai mekanika static. Statik artinya diam. Ilmu statika membahas atau berkaitan dengan aksi gaya pada benda saat diam atau dalam kesetimbangan. Kita masih ingat persamaan gerak Newton atau Hukum Newton II, yang menghasilkan rumus sangat terkenal: F = m.a atau lebih lengkapnya F = (m.v)/t Dimana m adalah massa, v adalah kecepatan sedangkan F adalah gaya (Laju perubahan momentum (m.v) suatu benda sebanding dengan resultant gaya yang bekerja pada benda tersebut] Mari kita analisis persamaan tersebut lebih lanjut. F mempunyai pengertian jumlah gaya‐gaya yang bekerja pada benda. Dalam analisis static massa benda kita asumsikan tidak berubah terhadap waktu, sehingga persamaan ini dapat kita tulis sebagai berikut: F = m.(v/t) Nah, karena static artinya diam maka benda tidak mengalami percepatan, alias tidak mengalami perubahan kecepatan terhadap waktu, dengan kata lain suku (v/t) dari persamaan tersebut berharga nol. Sehingga ruas kanan dapat kita tulis F = m.0, jadi kita akhirnya mendapatkan persamaan F = 0 Inilah yang kita sebut sebagai persamaan kesetimbangan gaya‐gaya. Apa arti dari persamaan tersebut? Sebelum saya lanjutkan, saya ingin mengundang dulu komentar dari kalian para mahasiswa untuk memberi komentar. Silakan.
