LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

38
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM GETARAN P-1 GETARAN TEREDAM Disusun oleh : Niza Rosyda Amalia 2413100019 Asisten: Dwi Mardika Lestari 2413100065 PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA i

description

lapres getaran terdem

Transcript of LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

Page 1: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

LAPORAN RESMI PRAKTIKUMGETARAN P-1

GETARAN TEREDAM

Disusun oleh :Niza Rosyda Amalia

2413100019

Asisten:Dwi Mardika Lestari

2413100065

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKAJURUSAN TEKNIK FISIKAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA

i

Page 2: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

2015

LAPORAN RESMI PRAKTIKUMGETARAN P-1

GETARAN TEREDAM

Disusun oleh :Niza Rosyda Amalia

2413100019

Asisten:Dwi Mardika Lestari

2413100065

ii

Page 3: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKAJURUSAN TEKNIK FISIKAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2015

ABSTRAK

Getaran adalah gerak bolak balik di sekitar posisi setimbang. Salah satu jenis getaran ialah getaran teredam yang banyak terdapat dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada shock absorber pada berbagai kendaraan yang memanfaatkan redaman pada getaran. Terdapat tiga jenis getaran teredam, yaitu getaran kurang teredam (under-damped), getaran teredam kritis (critical-damped), dan getaran teredam berlebih (over-damped). Di dalam laporan ini akan dibahas mengenai percobaan untuk mengetahui rasio redaman dengan peredam berupa udara dan oli. Dari hasil percobaan diperoleh rasio redaman (ξ) untuk peredam udara sebesar 0.03 dan untuk peredam oli sebesar 0.43. Kedua nilai rasio redaman berada pada rentang 0 sampai 1 (0 < ξ< 1) sehingga keduanya termasuk getaran kurang teredam (under-damped).

Kata Kunci: Getaran, Getaran Teredam, Rasio Redaman

iii

Page 4: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

ABSTRACT

Vibration is the motion back and forth around the equilibrium position. One type of vibration is damped vibration that commonly found in everyday life, for example in the shock absorber on a variety of vehicles that utilize vibration damping. There are three types of vibration damped, i.e less vibration damped (under-damped), critically damped vibration (critical-damped), and vibration damped excess (over-damped). In this report will be discussed on an experiment to determine the damping ratio with a damper in the form of air and oil. From the experimental results obtained damping ratio (ξ) for air dampers at 0:03 and at 0:43 for the damper oil. Both the value of the damping ratio is in the range of 0 to 1 (0 <ξ <1) so that both include less vibration damped (under-damped).

Keywords: Vibration, Damped Vibration, Damping Ratio

iv

Page 5: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya sehingga Laporan Resmi Praktikum Getaran ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya.

Dalam kesempatan kali ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada:1. Dosen pengajar mata kuliah Getaran.2. Asisten Laboratorium Vibrasi.3. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Fisika.

Penyusun menyadari masih terdapat kekurangan dalam pembuatan laporan ini baik dari segi materi maupun penyajian. Oleh karena itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun.

Akhir kata penyusun berharap semoga laporan ini bermanfaat bagi penyusun sendiri khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surabaya, 27 Oktober 2015

v

Page 6: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL................................................................i

ABSTRAK..............................................................................ii

ABSTRACT.............................................................................iii

KATA PENGANTAR............................................................iv

DAFTAR ISI...........................................................................v

DAFTAR GAMBAR..............................................................vi

DAFTAR TABEL.................................................................viii

BAB I PENDAHULUAN........................................................1

1.1 Latar Belakang...............................................................1

1.2 Rumusan Masalah..........................................................1

1.3 Tujuan............................................................................2

1.4 Sistematika Laporan......................................................2

BAB II DASAR TEORI..........................................................3

2.1 Getaran Harmonik.........................................................3

vi

Page 7: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

2.2 Jenis Getaran Teredam.................................................4

BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM................................9

3.1 Peralatan dan Bahan......................................................9

3.2 Prosedur Percobaan.......................................................9

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN..............11

4.1 Analisa Data................................................................11

4.2 Pembahasan.................................................................14

BAB V PENUTUP................................................................17

5.1 Kesimpulan..................................................................17

5.2 Saran............................................................................17

DAFTAR PUSTAKA............................................................18

vii

Page 8: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Ampiltudo ke-n pada getaran yang teredam......5Gambar 2. 2 Respon Osilasi Getaran Kurang Teredam..........5Gambar 2. 3 Respon Osilasi Getaran Teredm Kritis..............6

Gambar 4. 1 Respon Getaran Teredam dengan Peredam Udara.....................................................................................13Gambar 4. 2 Respon Getaran Teredam dengan Redaman Oli...............................................................................................13

viii

Page 9: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 2 Amplitudo Pertama dan Kedua dengan Peredam Udara.....................................................................................11Tabel 4. 3 Amplitudo Pertama dan Kedua dengan Peredam Oli..........................................................................................11Tabel 4. 4 Nilai Peluruhan Logaritmik..................................12Tabel 4. 5 Nilai Rasio Redaman...........................................12Tabel 4. 6 Nilai Konstanta Redaman.....................................13

ix

Page 10: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangGetaran merupakan gerak bolak-balik yang melewati

titik seimbang. Setiap benda yang memiliki massa dan elastisitas mampu bergetar dengan derajat kebebasan tertentu, tergantung pada susunan sistem kerjanya. Terdapat banyak jenis getaran yang ada, salah satu jenis getaran ialah getaran teredam. Getaran teredam yaitu getaran yang terdapat gaya penghambat atau gesekan sehingga pada akhirnya menyebabkan getaran tersebut akan berhenti.

Aplikasi getaran banyak dijumpai di industri-industri yang menggunakan mesin. Adanya getaran di sebuah sistem kerja pada suatu instalasi mesin merupakan suatu hal yang tidak diharapkan, karena getaran yang berlebih pada sebuah sistem kerja pada suatu instalasi mesin akan dapat berpengaruh pada performa maupun umur ketahanan komponen yang ada. Untuk mengurangi getaran yang terjadi diperlukan adanya peredam. Pengukuran getaran merupakan kegiatan yang umum dilakukan sebagai upaya preventif dan prediktif untuk perawatan. Salah satu parameter yang perlu diketahui adalah rasio redaman pada sistem. Oleh karena itu penting untuk mengetahui bagaimana cara menentukan rasio redaman pada suatu sistem, sehingga praktikum getaran tentang getaran teredam ini perlu dilakukan.

1.2 Rumusan MasalahRumusan masalah pada praktikum kali ini ialah

sebagai berikut.

1

Page 11: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

2

a. Bagaimana menentukan konstanta pegas dan rasio redaman pada suatu sistem pegas ?

b. Bagaimana membandingkan rasio redaman dari jenis damper yang digunakan ?

c. Bagaimana menentukan jenis peredaman dalam sistem pegas?

1.3 TujuanBerdasarkan rumusan masalah diatas maka tujuan dari

praktikum kali ini adalah sebagai berikut.a. Menentukan konstanta pegas dan rasio redaman pada

suatu sistem pegas. b. Membandingkan rasio redaman dari jenis damper

yang digunakan. c. Menentukan jenis peredaman dalam sistem pegas.

1.4 Sistematika LaporanLaporan resmi praktikum getaran tentang getaran

teredam, ini terdiri dari 5 bab, yaitu pertama bab 1, yaitu pendahuluan, yang berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan praktikum serta sistematika laporan. Bab 2 yaitu dasar teori yang berisi tentang teori dasar yang menunjang praktikum ini. Bab 3 yaitu metodologi yang berisi tentang, alat-alat yang digunakan dalam praktikum serta langkah langkah dalam praktikum. Bab 4 yaitu analisa data dan pembahasan, dimana berisi tentang analisa data-data yang didapatkan dalam percobaan serta pembahasan terhadap analisa data tersebut. Bab 5 yaitu penutup berisi tentang kesimpulan dan saran.

Page 12: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

3

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Getaran HarmonikSetiap gerak yang terjadi secara berulang dalam

selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik. Apabila suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut gerak osilasi/getaran. Bentuk yang sederhana dari gerak periodik adalah benda yang berosilasi pada ujung pegas. Karenanya kita menyebutnya gerak harmonis sederhana.

Dalam gerak harmonik terdapat beberapa besaran fisika yang dimiliki benda diantaranya yaitu simpangan yang merupakan jarak benda dari titik keseimbangan, amplitudo yang merupakan simpangan maksimum atau jarak terjauh, frekuensi yaitu banyaknya getaran setiap waktu, perioda banyaknya waktu dalam satu getaran.

Gerak bolak-balik dikarenakan adanya gaya

pemulih dari suatu benda yang arahnya menuju titik setimbang yang besarnya sebanding dengan simpangan. Gaya pemulih arahnya selalu berlawanan dengan arah simpangan, maka dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

F=-k∆x…………... (2.1)

Dimana : K = konstanta gaya (N/m) Δx = simpangan (m) F = gaya pemulih (N)

Page 13: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

4

Pada kondisi nyata, gaya pemulih semakin lama semakin melemah karena adanya gaya gesek yang juga mendisipasikan energi. Gaya gesek akan mengakibatkan amplitudo setiap osilasi secara pelan menurun terhadap waktu. Sehinggga osilasi akan berhenti sama sekali. Getaran semacam ini disebut sebagai getaran selaras teredam.

2.2 Jenis Getaran TeredamGetaran yang terdapat gaya penghambat yang pada

akhirnya getaran itu akan berhenti. Gaya penghambat itu dikenal dengan gaya redam. Gaya redam merupukan fungsi linier dari kecepatan, Fd = -c dx/dt. Jika suatu partikel bermassa m bergerak di bawah pengaruh gaya pulih linier dan gaya hambat, maka persamaannya menjadi:

mẍ + cẋ + kx = 0...................................... (2.2)Persamaan umum sistem dinamik orde 2:

.. …………….………(2.3)

jika persamaan (2.2) dibandingkan dengan persamaan

(2.3), maka didapatkan 2ξω0=c/m, ξ = c

ccr =

c2√km

yang

merupakan rasio redaman dan ω0=√k /m sebagai frekwensi natural.Nilai rasio redaman dapat dicari dengan menggunakan rumus:

ξ =√ δ2

4 π2+δ 2…………………..…

(2.4)Dimana δ merupakan peluruhan logaritmik yang direpresentasikan dengan persamaan di bawah ini :

Page 14: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

δ=1n

ln ( AnAn+1

) …………………..

(2.5)

5

Page 15: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

6

n : bilangan bulat untuk menyatakan urutan amplitudo satu gelombang (1,2,3...) A : Amplitudo (m)

Gambar 2. 1 Ampiltudo ke-n pada getaran yang teredam

Getaran teredam memiliki beberapa jenis, yaitu getaran kurang teredam (underdamped),getaran redaman kritis (criticallydamped), dan getaran terlampau redam (overdamped).

2.2.1 Getaran Kurang Teredam (under-damped)

Untuk getaran kurang redam didefinisikan sebagai getaran yang memiliki loss kecil dengan respon osilasi

Gambar 2. 2 Respon Osilasi Getaran Kurang Teredam

Page 16: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

dengan peluruhan logaritmik. Jika 0≤ ξ <1 dan frekuensi getaran teredam dituliskan dengan persamaan.

ωd=ω0√1−ξ2…………………………..(2.6)

Sebenarnya tidaklah mungkin menentukan frekuensi dengan adanya redaman, sebab gerak itu tidak periodik lagi. Jika redaman kecil, maka frekuensi tersebut akan mendekati frekuensi asli artinya gerak partikel tersebut bergetar harmonik.

2.2.2 Getaran Teredam Kritis(Critically-damped)

Untuk suatu getaran redam kritis akan mendekati kesetimbangan dengan suatu kadar laju yang lebih cepat daripada gerak terlampau redam maupun gerak kurang redam. Getaran redaman kritis akan terjadi jika rasio redamannya sama dengan satu. Sifat ini penting guna mendesain suatu sistem ayunan praktis, misalnya galvanometer analog.

7

Gambar 2. 3 Respon Osilasi Getaran Teredm Kritis

Page 17: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

8

2.2.3 Getaran Teredam Lebih (Over-damped)

Pada gerak terlampau redam tidak menggambarkan getaran periodik (gerakan bolak-balik), simpangan getaran akan berkurang atau sama sekali tidak bergerak tetap berada posisi kesetimbangan atau bisa dikatakan overshoot yang terjadi sangat kecil. Ini terjadi jika nilai rasio redaman lebih dari 1 (ξ >1)

Gambar 2.4 Respon osilasi Getaran Teredam Lebih (Over-damped)

Page 18: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

8

Halaman ini sengaja dikosongkan

Page 19: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

BAB IIIMETODOLOGI PRAKTIKUM

3.1 Peralatan dan BahanPeralatan yang digunakan dalam melaksanakan percobaan ini adalah sebagai berikut:a. Statifb. Pegasc. Olid. Penggarise. Kameraf. Beban

3.2 Prosedur PercobaanProsedur yang dilakukan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

a. Alat dan bahan disiapkan , lalu disusun seperti gambar dibawah ini.

Gambar 3.1 Perancangan Alatb. Pegas diukur panjangnya.c. Massa digantungkan di ujung pegas, kemudian

dikaitkan pada statif.d. Panjang pegas yang terbentuk diukur untuk

didapatkan nilai konstanta pegasnya.e. Penggaris dikaitkan disamping sistem pegas-massa

pada statif

9

Page 20: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

10

f. Pegas ditarik 3 cm kemudian dilepaskan tunggu hingga getaran beban mulai melemah dan steady, sambil direkam.

g. Ulangi langkah 4 dan 5 tigal kali berturut-turut.h. Langkah 4 dan 5 diulangi tiga kali berturut-turut

dengan oli sebagai peredam.i. Dihitung konstanta pegas dan rasio redaman dari data

yang didapatkan.j. Dilakukan analisa dari hasil penghitungan diatas,

ditentukan jenis getaran masing-masing sistem

Page 21: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

12

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data

Pada praktikum pertama getaran tentang getaran teredam ini diambil dua data amplitudo, yaitu amplitudo pada sistem pegas massa dengan peredam udara dan sistem pegas massa dengan peredam oli. Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut.

Data ke- Amplitudo 1 (cm) Amplitudo 2 (cm)1 1.2 1.12 1.1 0.93 1.1 0.8

Rata-rata 1.133 0.93 Tabel 4. 1 Amplitudo Pertama dan Kedua dengan Peredam Udara

Data ke- Amplitudo 1 (cm) Amplitudo 2 (cm)1 1.7 1.42 1.7 1.23 1.6 1.2

Rata-rata 1.667 1.267Tabel 4. 2 Amplitudo Pertama dan Kedua dengan Peredam Oli

Setelah diperoleh data amplitudo pertama dan kedua, dihitung nilai peluruhan logaritmik menggunakan persamaan 2.5 sehingga diperoleh hasil pada tabel berikut.

12

Page 22: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

13

Tabel 4. 3 Nilai

Peluruhan Logaritmik

Setelah didapatkan nilai peluruhan logaritmik pada tiap jeis peredam, kemudian dihitung nilai rasio redamannya menggunakan persamaan 2.4 sehingga diperoleh hasil pada tabel berikut.

Tabel 4. 4 Nilai Rasio Redaman

Setelah diperoleh nilai rasio redaman pada masing-masing jenis peredam, dihitung nilai koefisien pegasnya. Dengan berat beban 0.4 kg dan nilai percepatan gravitasi sebesar 9.8 m/s2, diperoleh gaya (F) sebesar 3.92 N. Untuk mendapatkan nilai koefisien pegasnya digunakan persamaan 2.1. Dimana nilai Δx 1.5 cm atau sama dengan 0,015 m, didapatkan nilai koefisien pegas sebesar 261.33 N/m. Kemudian dapat dihitung nilai frekuensi natural (ω0) dengan menggunakan persamaan ω0 = √k /m sehingga diperoleh nilai frekuensi naturalnya sebesar 25.56. kemudian dilakukan penghitungan konstanta redaman kritis dengan menggunakan

persamaan ccr=2√km diperoleh sebesar 20.448.

Jenis Peredam Nilai Peluruhan Logaritmik

Udara 0.194Oli 0.274

Jenis Peredam Rasio RedamanUdara 0.03Oli 0.043

Page 23: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

14

Kemudian dapat dihitung nilai konstanta redaman pada masing-masing jenis peredam

menggunakan persamaan ξ = c

ccr sehingga diperoleh

nilai konstanta redaman pada masing-masing jenis peredam pada tabe sebagai berikut.

Tabel 4. 5 Nilai Konstanta Redaman

Berikut merupakan respon getaran teredam yang telah di plot

Gambar 4. 1 Respon Getaran Teredam dengan Peredam Udara

Jenis Peredam Konstanta RedamanUdara 0.63Oli 0.879

Page 24: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

15

Gambar 4. 2 Respon Getaran Teredam dengan Redaman Oli

4.2 PembahasanPada praktikum getaran yang pertama tentang getaran

teredam dilakukan dua jenis percobaan, yakni percobaan dengan menggunakan peredam udara dan percobaan menggunakan peredam oli. Kedua percobaan tersebut menggunakan satu buah pegas yang memiliki koefisien pegas sebesar 261.33 N/m dan sebuah beban yangmemiliki massa 400 gram.

Percobaan pertama menggunakan udara sebagai peredam getaran. Diperoleh dari hasil percobaan nilai rasio redaman (ξ) sebesar 0.03 dan konstanta redaman (c) sebesar 0.63. Percobaan kedua menggunakan oli sebagai peredam getaran. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan diperoleh nilai rasio redaman (ξ) sebesar 0.043 dan konstanta redaman (c) sebesar 0.89.

Dapat dilihat pada hasil percobaan bahwa rasio redaman dengan peredam udara berbeda dengan peredam oli, hal ini diakibatkan tingkat kekentalan fluida peredam. Semakin kental fluida maka nilai rasio redaman semakin besar. Nilai rasio redaman berpengaruh terhadap waktu bagi

Page 25: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

16

sistem untuk teredam, semakin besar nilai rasio redamannya maka sistem akan semakin cepat teredam. Hal ini dapat diperhatikan di hasil respon pada gambar 4.1 dan 4.2 respon getaran teredam dengan peredam udara membutuhkan waktu lebih lama untuk teredam diandingkan dengan respon getaran teredam dengan peredam oli.

Pada hasil percobaan, rasio redaman baik dengan peredam udara maupun oli berada pada rentang nol hingga satu. Berdasarkan teori yang telah ada getaran yang memiliki rasio redaman 0 < ξ< 1 termasuk dalam jenis getaran kurang teredam (underdamped). Jadi pada kedua percobaan yang telah dilakukan termasuk dalam jenis getaran kurang teredam dan hal ini kurang sesuai dengan dasar teori yang telah ada. Seharusnya jenis getaran dengan peredam oli adalah getaran teredam lebih (overdamped). Hasil percobaan yang kurang sesuai dengan dasar teori yang telah ada ini diakibatkan oleh ketidaktelitian saat mengamati getaran yang dihasilkam sistem pada video untuk menentukan besar amplitudo.

Page 26: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

17

Page 27: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

BAB VPENUTUP

5.1 KesimpulanPada praktikum tentang getaran teredam ini

didapatkan kesimpulan sebagai berikut.1. Terdapat tiga jenis getaran teredam, yaitu under-

damped, over-damped, dan critically-damped. 2. Nilai rasio redaman pada peredam udara sebesar 0.03,

sedangkan pada peredam oli sebesar 0.043. Sehingga keduanya merupakan getaran kurang teredam (under-damped).

3. Semakin kental fluida peredam maka nilai rasio redaman akan semakin besar dan waktu untuk teredam lebih lama.

5.2 SaranAdapun saran untuk praktikum getaran teredam ini

ialah. 1. Alat dan bahan yang digunakan dicek terlebih dahulu

sudah sesuai dengan standar atau belum. 2. Praktikan lebih teliti lagi dalam mengamati gerak

sistem untuk menentukan amplitudo.

17

Page 28: LAPRES P1 NIZA R REVISI 1.docx

18

DAFTAR PUSTAKA

[1] Asisten Laboratorium Vibrastic. Modul P-1 Getaran 2015-2016. Surabaya. Laboratorium Vibrastic JTF-FTI-ITS.