Pengukuran Massa,Gaya dan Torka

PENGUKURAN BESARAN FISIKA UNTUK MASSA,GAYA DAN TORKA

( Makalah Metode Pengukuran dan Instrumentasi)

Oleh

1.      Lina Afriliani                          1517041003

2.      Reyhan Isyatyadi                    1517041003

3.      Okta Ferli Suryadi                  1517041003

4.      Indah Pratiwi                          1517041003

5.      Rianggi Wahyu P.

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

2017

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul............................................................................................................................ i

Daftar Isi..................................................................................................................................... ii

Daftar Gambar.......................................................................................................................... iii

Kata Pengantar.......................................................................................................................... iv

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2  Tujuan........................................................................................................................... 2

1.3  Ruang Lingkup ............................................................................................................ 2

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Pengukuran................................................................................................................... 3

2.2 Alat Ukur Besaran Massa............................................................................................. 5

2.3 Pengertian Gaya........................................................................................................... 7

2.3 Pengukuran Torka......................................................................................................... 8

BAB III PEMBAHASAN......................................................................................................... 9

BAB IV KESIMPULAN

4.1 Kesimpulan.................................................................................................................. 23

4.2 Saran............................................................................................................................ 23

Daftar Pustaka

ii

DAFTAR GAMBAR

              

                                                                                                                           Halaman

Gambar 1. Neraca dua lengan beserta anak timbangan atau beban standarnya....... 10

Gambar 2 . Neraca Ohaus........................................................................................ 11

Gambar 3 . Neraca elektronik atau neraca digital.................................................... 11

Gambar 4 . Sensor load cell..................................................................................... 12

Gambar 5 . Sensor akselerometer............................................................................. 14

Gambar 6 . Datasheet sensor akselerometer ADXL335.......................................... 15

Gambar 7 . Sistem koordinat bola............................................................................ 16

Gambar 8 . Gaya normal yang bekerja pada suatu benda........................................ 16

Gambar 9 . Tactile sensor......................................................................................... 17

Gambar 10 . Konsep torsi........................................................................................ 18

Gambar  11. Susunan peralatan untuk pengukuran torsi dan daya.......................... 19

Gambar 12. Sistem pengukuran torsi berbasis optic................................................ 20

Gambar 13 . Simbol dan tabel logika gerbang XOR............................................... 20

Gambar  14. Keluaran detektor pulsa gerbang XOR pada kondisi tanpa torsi........ 21

Gambar  15. Keluaran detektor pulsa gerbang XOR pada kondisi diberikan torsi yang kecil (beda fasa 20 ms)................................................................................................................................. 22

Gambar 16. Keluaran detektor pulsa gerbang XOR pada kondisi diberikan torsi yang lebih besar (beda fasa 42 ms)..............................................................................................................................

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penyusun kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat-Nya yang telah memberikan kami kemudahan dalam menyusun dan menyelesaikan makalah yang berjudul “ Pengukuran Besaran Fisika Untuk Massa,Gaya dan Torka ”, untuk itu kami sampaikan rasa terima kasih kepada :

1.      Bapak Arif Surtono.,S.Si.,M.Si.,M.Eng selaku dosen mata kuliah Metode Pengukuran dan Instrumentasi.

2.      Kelompok 7 yang telah membantu menyelesaikan makalah ini

3.      Serta teman-teman yang membantu dalam pembuatan makalah ini baik secara langsung maupun tidak langsung.

Harapan kami makalah ini dapat memberi manfaat umumnya untuk semua mahasiswa dan khususnya untuk Mahasiswa Fisika. Kami menyadari dalam penyusunan makalah ini masih banyak kesalahan serta kekurangan oleh karena itu kritik dan saran penulis harapkan untuk perbaikan makalah kami selanjutnya.

Bandar Lampung, 07 Januari 2017

Penyusun

Iv

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Dalam perkuliahan terkhusus dalam jurusan Fisika pengukuran merupakan hal yang penting dan bersifat mendasar. Mengukur menjadi kegiatan yang sering dilakukan oleh mahasiswa Fisika untuk mempelajari berbagai fenomena yang akan dipelajari. Dalam kegiatan di Laboratorium Fisika banyak mahasiswa belum mengetahui mengenai pengukuran seperti untuk pengukuran massa, gaya serta torka dan cara pengukuran ataupun jenis-jenis pengukuran atau hal lainya yang mengenai pengukuran. Banyak mahasiswa yang masih bingung mengenai pengukuran karena ada beberapa mahasiswa yang belum mengetahui tentang hal tersebut sehingga beberapa mahasiswa ketika diberi penjelasan mengenai pengukuran seperti terdengar asing.

Pengukuran merupakan kegiatan sederhana,yang penting dalam kehidupan atau kegiatan membandingkan suatu besaran dengan besaran lain sejenis yang dipergunakan sebagai satuanya. Satuan merupakan pembanding di dalam pengukuran. Pengukuran adalah membandingkan sesuatu dengan sesuatu yang lain yang dianggap sebagai patokan. Jadi dalam pengukuran ini terdapat dua factor yaitu perbandingan dengan standar.

Mengukur adalah membandingkan suatu proses membandingkan suatu besaran  yang dapat diukur dengan sesuatu yang dapat di ukur kemudian hasilnya dinyatakan dengan angka-angka yang dinamakan dengan besaran. Besaran dalam Fisika di bagi menjadi dua yaitu besaran pokok dan besaran turunan,yang termasuk dalam besaran seperti panjang,massa,waktu,suhu dan arus listrik dan yang termasuk dalam besaran turunan adalah luas,volume,massa jenis ,kecepatan dan gaya. Dalam makalah ini akan menjelaskan mengenai besaran pokok dan turunan yang dikhususkan untuk pengukuran Massa,gaya dan Torka Agar mahasiswa lebih paham mengenai hal tersebut.

1.2  Tujuan

Adapun tujuan  dari pembuatan makalah ini yaitu sebagai berikut :

1.      Mengetahui Hubungan antara pengukuran Massa,Gaya dan Torka.

2.      Mengetahui penggunaan pengukuran Massa.

3.      Mengetahui penggunaan pengukuran Gaya.

4.      Mengetahui penggunaan pengukuran Torka.

1.3 Ruang Lingkup

            Adapun ruang lingkup dalam makalah ini yaitu untuk mengetahui hubungan massa,gaya dan torsi serta prinsip kerjanya dalam suatu alat.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengukuran

Pengukuran merupakan kegiatan sederhana,yang penting dalam kehidupan atau kegiatan membandingkan suatu besaran dengan besaran lain sejenis yang dipergunakan sebagai satuanya. Mengukur adalah membandingkan satu besaran dengan besaran  lain yang sejenis yang telah diterapkan sebagai satuan. Pengukuran pada umumnya memerlukan alat ukur baik itu berupa mistar,hasta,depa dan sebagainya. Pada zaman dahulu manusia menggunakan bagian tubuh untuk mengukur panjang suatu benda. Akibatnya dikenal dengan istilah hasta,depa dan jengkal sebagai satuan panjang. Di Inggris satuan depa adalah fathom yang sampai saat ini masih digunakan untuk mengukur kedalaman laut. Pada Ilmu kimia

Satuan merupakan ukuran perbandingan yang telah disepakati (SI). Tujuan setiap orang ketika mengukur adalah untuk mendapatkan benar dan tercapai,karena alat ukur yang digunakan untuk memiliki tingkat ketelitian terbatas. Hal yang dapat dicapai adalah untuk memperoleh hasil ukur yang boleh jadi benar. Kebanyakan pengukuran yang dilakukan di Laboratorium disederhanakan sedemikian rupa sehingga pada dasarnya merupakan pengukuran dengan jarak. Dengan pengukuran yang menggunakan besaran akan kita peroleh besaran yang diinginkan (Arisworo, 2006).

2.2 Alat Ukur Besaran Massa

            Alat ukur besaran massa adalah neraca. Neraca dilengkapi dengan anak timbangan sebagai pembanding. Beberapa neraca yang banyak digunakan diantaranya adalah sebagai berikut :

1.      Neraca Pasar ( Neraca Platform)

Jenis neraca ini banyak digunakan diPasar Tradisional . Neraca ini digunakan untuk menimbang kebutuhan pokok rumah tangga seperti minyak,gula,sayur mayor dan lain-lain. Cara menggunakanya adalah dengan meletakan benda yang akan ditimbang di salah satu timbangan. Pada posisi timbangan lainya,diletakan beberapa anak timbangan sehingga terjadi posisi yang sama antar kedua timbangan. Apabila posisi timbangan telah seimbang maka massa benda dapat diketahui dengan menghitung jumlah massa anak timbangan disalah satu timbangan.

2.      Neraca Analitis

Neraca Analitis banyak digunakan penjual emas dilaboratorium. Cara pemakaianya serupa dengan neraca pasar yaitu benda yang akan diukur massanya diletakan ditimbangan. Pada piring timbangan lainya diletakan anak timbangan sehingga terjadi posisi yang seimbang.

3.      Neraca Tiga Lengan

Digunakan untuk menimbang benda-benda di laboratorium dengan batas pengukuran neraca 500 gram sampai 1.000 gra. Cara menngunakanya

Dengan menggeser-geser penunjuk skala pada tiga lengan sehingga tercapai keseimbangan ().

2.3 Pengertian gaya

Gaya adalah suatu besaran yang menyebabkan benda bergerak. Gaya mengakibatkan perubahan-perubahan sebagai berikut :

a.       Benda diam menjadi bergerak

b.      Benda bergerak menjadi diam

c.       Bentuk dan ukuran benda berubah

d.      Arah gerak benda berubah

Berdasarkan Hukum Newton II “ massa benda dipengaruhi gaya luar yang berbanding terbalik dengan percepatan gerak benda tersebut “ secara matematis ditulis :

F= m.a

Dimana,           m= massa(Kg)

                          a= percepatan(m/dt²)

                         F= Kg.m/dt²= N(newton)

Berdasarkan penyebabnya, gaya dikelompokan sbagai berikut :       

a.       Gaya mesin, yaitu gaya yang berasal dari mesin

b.      Gaya magnet, yaitu gaya yang berasl dari sebuah magnet

c.       Gaya gravitasi, yaitu gaya tarik yang diakibatkan oleh bumi

d.      Gaya pegas, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh pegas

e.       Gaya listrik, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik

Berdasarkan sifatnya gaya dikelompokkan menjadi :

a.       Gaya sentuh, yaitu gaya yang ditimbulkan karena titik kerja gaya langsung bersentuhan dengan benda.

b.      Gaya tak sentuh, yaiyu gaya walaupun titik kerja gaya tidak bersentuhan langsung dengan benda (wahyudi, 2016).

2.4 Pengukuran Torka

Dalam gerak rotasi, penyebab berputarnya benda merupakan momen gaya atau torsi. Momen gaya atau torsi sama dengan gaya pada gerak translasi. Momen gaya (torsi) merupakan sebuah besaran yang menyatakan besarnya sebuah gaya yang bekerja paa sebuah benda sehingga mengakibatkan benda tersebut berotasi. Besarnya momen gaya (torsi) tergantung pada gaya yang dikeluarkan serta jarak antara sumbu putaran dan letak gaya. Apabila anda ingin membuat sebuah benda berotasi,anda harus memberikan momen gaya pada benda tersebut. Torsi disebut juga momen gata dan merupakan besaran vector. Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi adalah suatu energy. Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan menghitung energy yang dihasikan dari benda yang berputar pada porosnya. Adapun perumusan dari torsiah adalah sebagai berikut. Apabila sebuah benda berputar dan mempunyai besar gaya sentry fugal sebesar F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar b, dengan data tersebut torsinya adalah :

T = F x d (N.m)

Dimana :

T = Torsi benda berputar (N.m)

F = gaya sentrifugal dari benda yang berputar (N)

D = jarak benda ke pusat rotasi (m)

Karena adanya torsi inilah yang mengakibatkan benda berputar trhadap porosnya, dan benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar sama denganaah yang brlawanan. Pada motor bakar untuk mengetahui daya poros harus diketahui dulu torsinya. Pengukuran torsi pada poros motor bakar menggunakan alat yang dinamakan Dinamometer. Prinsip kerja pada alat ini adalah dengan member beban yang berlawanan terhadap arah putaran sampai putaran menekati 0 rpm, beban ini nilainya sama dengan torsi poros.

Gambar 1. Dinamometer

Dapat dilihat dari gambar diatas adalah prinsif dasar dari dinammeter. Dari gambar dapat didilihat pengukuran torsi pada poros (rotor) dan dengan prinsif pengereman stator yang dikenai beban sebesar w.  Mesin dinyalakan kemudian pada poros disambungkan dengan dynamometer. Untuk mengukur torsi mesin pada poros mesin diberi rem yang disambungkan dengan w pengereman atau pembebanan. Pembebanan diteruskan sampai poros mesin hampirberhenti berputar. Beban maksimum yang terbaca adalah  gaya pengereman yang besarnya sama dengan gaya putar poros mesin F. Dari definisi disebutkan bahwa perkalian antara gaya dengan jaraknya adalah sebuah torsi. Dengan definisi tersebut torsi pada poros dapat diketah dengan rumus :

T = w x d (Nm)

Dengan :

T = adalah torsi mesin (Nm)

W = Beban (N)

w (beban/berat) berbeda dengan massa (m), jika massa satannya kg, adapun beban disini adalah gaya berat dengan satuan N yang diturunkan dari W=mxg. Pada mesin sebenarnya pembebanan adalah komponen-komponen mesin sendiri yaitu asesoris mesin ( pompa air, pompa pelumas, dan kipas radiator), generator listrik (pengisian aki, listrik penerangan, penyalaan busi), gesekan mesin  dan komponen lainnya. Dari perhitungan torsi diatas dapat diketahui jumlah energy yang dihasilkan mesin pada poros.  Jumlah energy yang dihasilkan mesin pada setiap waktunya adalah yang disebut dengan daya mesin. Dan energy yang diukur pada poros mesin dayanya disebut daya poros. Torsimeter adalah alat pengukur torsi yang biasa dipakai untuk mengukur torsi pada alat pemutar sekrup (screw driver). Torsi pada alat pemutar sekrup perlu dibatasi agar ulir pada sekrup aus akibat pemakaian torsi yang berlebihan (Flowles. 2005. 

III. PEMBAHASAN

Massa, gaya, dan torsi merupakan tiga besaran dalam fisika yang saling berkaitan. Besarnya gaya dipengaruhi oleh massa suatu objek yang mengalami atau melakukan percepatan, misalnya gaya dorong yang dihasilkan mesin mobil yang menyebabkan mobil dapat melaju, dan besarnya torsi dipengaruhi oleh gaya yang bekerja pada lengan dari objek, misalnya saat kita memutar gagang pintu.

Dari tiga ini, besaran yang paling mendasari adalah massa, yang juga merupakan satu dari tujuh besaran pokok dalam fisika. Massa didefinisikan sebagai kuantitas kelembaman yang terukur pada suatu benda pada keadaan diam, dan memiliki satuan kilogram (kg) atau gram (gr). Selain itu dikenal juga istilah massa jenis atau rapat massa per satuan volume (). Dari definisi tersebut,

dengan demikian besarnya massa dapat ditentukan dengan

Bila massa jenis suatu benda atau zat sudah diketahui, massa benda atau zat tersebut dapat langsung diketahui dengan cara mengukur volumenya. Misalnya, diketahui bahwa massa jenis air (asumsi di sini adalah air biasa/tawar) adalah 1 gr/cm³, dengan 1 cm³ = 1 ml (mililiter). Ketika seandainya anda diberi instruksi dalam praktikum untuk menyiapkan 200 gram air, padahal di tempat praktikum tersebut tidak tersedia neraca melainkan hanya ada sebuah gelas ukur, anda tetap dapat melakukan instruksi tersebut dengan menyiapkan air sebanyak

Anda dapat menakarnya menggunakan gelas ukur atau alat ukur volume zat cair yang lain. Cara ini dapat dikatakan pengukuran massa secara tidak langsung.

Namun bagaimana jika massa jenis suatu benda yang akan diukur massanya tidak diketahui? Menggunakan cara tidak langsung seperti contoh sebelumnya jelaslah tidak efektif. Dengan demikian digunakanlah metode pengukuran langsung menggunakan alat ukur massa. Salah satu alat ukur massa yang sangat mudah dijumpai bahkan sangat sering digunakan adalah neraca atau timbangan.

Gambar  1. Neraca dua lengan beserta anak timbangan atau beban standarnya

Gambar di atas merupakan neraca dua lengan yang dilengkapi dengan anak timbangannya, di mana masing-masing anak timbangan sudah diketahui massanya. Prinsip kerja dari neraca jenis ini adalah keseimbangan kedua lengan neraca, di mana benda yang akan diukur diletakkan pada wadah di salah satu lengan neraca dan anak timbangan diletakkan pada wadah di lengan neraca lainnya. Neraca akan dalam keadaan setimbang (posisi lengan akan lurus secara horizontal) jika kedua berat benda sama,

di mana  merupakan berat benda yang akan diketahui dan  merupakan berat dari anak timbangan yang digunakan. Karena ,

artinya, jika neraca dalam keadaan setimbang, massa benda yang diukur sama dengan massa anak timbangan yang digunakan.

Pengukuran massa yang lebih teliti dapat dilakukan dengan neraca Ohaus, yaitu neraca yang memiliki prinsip serupa dengan neraca dua lengan yang umum, namun salah satu lengannya telah dgantikan dengan lengan berskala yang memiliki anak timbangan yang dapat digeser.

Gambar 2 . Neraca Ohaus

Cara yang lebih modern adalah menggunakan neraca elektronik atau lebih dikenal dengan neraca digital. Neraca elektronik merupakan neraca yang menggunakan rangkaian dan alat-alat elektronik (khususnya rangkaian digital) untuk mengukur suatu massa. Gambar berikut merupakan salah satu contoh dari neraca digital.

Gambar 3 . Neraca elektronik atau neraca digital

Komponen utama dari neraca digital adalah sensor yang berfungsi mengubah nilai yang berupa besaran massa ke nilai besaran listrik, bisa berupa tegangan, kuat arus, ataupun tahanan listrik. Sensor yang umum digunakan adalah sensor load cell. Load cell memiliki sebuah elemen elastis yang akan mengalami pergeseran (displacement) ketika ada gaya yang mengenai elemen tersebut. Gaya tersebut tidak lain adalah gaya berat dari benda yang akan diukur massanya. Dengan demikian massa benda tersebut dapat diketahui dari besarnya pergeseran (displacement) tersebut.

Sensor load cell memiliki kelebihan dibandingkan dengan sensor-sensor jenis lain diantaranya: biaya produksi yang murah; jangkauan pengukuran yang lebar; toleransi yang tinggi terhadap ruangan yang bersifat korosif dan berdebu; dapat digunakan dalam pengukuran jarak jauh; ketahanan terhadap shock loading atau meletakkan benda yang berat secara tiba-tiba yang mungkin dapat menyebabkan sensor mengalami kerusakan atau bahkan hancur; dan kemudahan dalam pemasangan.

Kelemahan dari sensor load cell sendiri adalah elemen elastis dari load cell dapat mengalami deformasi atau perubahan bentuk permanen setelah digunakan dalam jangka waktu lama dengan pengukuran massa yang besar. Deformasi ini tentu akan menimbulkan kesalahan pengukuran yang signifikan jika alat yang menggunakan sensor load cell ini tidak dikalibrasi secara rutin. Load cell dapat digunakan untuk mengukur massa yang sangat besar hingga ribuan sehingga banyak digunakan sebagai sensor pengukuran massa pada jembatan timbang untuk mengukur massa mobil dan truk.

Gambar 4 . Sensor load cell

Jika suatu gaya dengan besar  diberikan kepada benda yang bermassa , maka sesuai Hukum II Newton benda akan bergerak dengan percepatan  sebesar:

Pengukuran besar gaya sendiri sangat penting dalam ilmu fisika. Sebagai contoh, berat suatu benda () merupakan besaran yang terukur dari suatu benda bermassa  yang berada pada medan gravitasi  di mana:

Besarnya kekuatan dorongan yang dihasilkan oleh mesin jet pada pesawat juga diukur sebagai gaya dorong. Dalam biomekanika, force plate sering digunakan untuk mempelajari gaya yang terlibat pada aktivitas manusia seperti berjalan, berlari, dan lain-lain. Para ahli fisiologi dan terapis menggunakan konsep gaya kontraktil yang dihasilkan oleh otot-otot di bawah beragam kondisi fisiologis dan farmakologis. Perancang pesawat terbang sangat memperhatikan tentang gaya angkat dan gaya tarikan pada bagian-bagian vital pesawat seperti kerangka pesawat, sayap pesawat, dan lainnya. Namun tidak ada sensor khusus yang dapat digunakan untuk mengukur gaya secara langsung, dengan demikian untuk mengukur gaya biasanya digunakan kombinasi dari beberapa sensor.

Untuk mengukur besarnya gaya dorong atau gaya tarik, atau gaya berat benda secara langsung, dapat menggunakan neraca pegas. Neraca pegas merupakan neraca yang menggunakan pegas sebagai “sensor” untuk mengukur besarnya gaya yang dikenakan pada pegas, yang besarnya sesuai dengan Hukum Hooke:

Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa besarnya gaya yang terukur pada neraca pegas () sebanding dengan perubahan panjang pegas (). Neraca pegas juga dapat digunakan untuk mengukur massa, dengan mengasumsikan bahwa gaya  yang terukur oleh neraca pegas adalah berat benda yang diukur (), sehingga:

Namun neraca pegas tidak dapat digunakan untuk mengukur gaya yang bekerja pada benda yang bergerak. Untuk mengatasi hal ini, biasanya digunakan kombinasi sensor load cell untuk mengukur massa benda dan sensor akselerometer untuk mengukur percepatan benda tersebut. Jika massa benda hasil pengukuran  dinyatakan sebagai  dan percepatan dinyatakan sebagai , dapat ditentukan gaya yang bekerja pada benda tersebut menggunakan Hukum II Newton:

Kebanyakan sensor akselerometer memberikan keluaran pengukuran berupa percepatan relatif terhadap percepatan gravitasi, bukan percepatan absolut.

Gambar 5 . Sensor akselerometer

Bagaimanakah kita bisa mendapatkan nilai percepatan yang kita perlukan dari akselerometer seperti pada gambar di atas? Karena percepatan  relatif terhadap percepatan gravitasi , dapat dituliskan hubungannya sebagai:

di mana  dapat diartikan sebagai nilai pengukuran sensor akselerometer. Dengan demikian,

Sebagai contoh, diberikan cuplikan sebuah datasheet sensor akselerometer ADXL335 buatan Analog Devices yang merupakan akselerometer 3-sumbu dengan jangkauan pengukuran .

Gambar 6 . Datasheet sensor akselerometer ADXL335

Dengan demikian jangkauan pengukuran dari akselerometer ini adalah:

Selain itu, dimungkinkan untuk mengukur gaya normal pada suatu benda yang berada pada suatu permukaan dengan sudut kemiringan tertentu dengan menggunakan akselerometer. Asumsi bahwa kita menggunakan koordinat bola. Pada koordinat bola berlaku hubungan:

, , dan  dinyatakan sebagai percepatan relatif pada masing-masing sumbu yaitu , , dan . Sedangkan  merupakan besarnya percepatan gravitasi , sehingga

jika akselerometer berada pada posisi mendatar, maka  sehingga

Gambar 7 . Sistem koordinat bola

Misalkan kita hendak mengukur besarnya gaya normal pada sebuah benda diam yang berada pada bidang miring seperti pada gambar berikut,

Gambar 8 . Gaya normal yang bekerja pada suatu benda

karena benda diam terhadap arah vertikal, kita terapkan Hukum I Newton:

karena  tidak lain merupakan percepatan relatif benda pada sumbu , , yang terukur oleh akselerometer sehingga

Untuk mengukur gaya yang berupa gaya sentuh, misalnya gaya dari seberapa kuat jari kita menekan suatu permukaan, sensor yang digunakan adalah tactile sensor, di mana sensor ini akan mengukur besarnya gaya yang terdistribusi pada suatu permukaan menggunakan susunan sensor-sensor gaya (misalnya load cell) yang tersusun dengan jarak yang rapat. Teknik “perabaan” seperti ini penting dalam identifikasi objek. Identifikasi suatu objek dapat dilakukan dengan mengenali bentuk, posisi, dan susunan dari objek, termasuk mengidentifikasi ciri-ciri permukaan dan cacat pada objek. Secara ideal, tugas-tugas seperi ini membutuhkan:

1.      Perabaan oleh gaya sentuh secara kontinu

2.      Melakukan perabaan terhadap perubahan bentuk permukaan

Dua tipe data ini secara umum berhubungan dengan efek tegangan-regangan dari sensor tersebut. Sebagai hasilnya, dapat diperoleh perabaan variabel oleh sensor yang hampir kontinu.

Gambar 9 . Tactile sensor

Torsi, kelajuan, dan daya merupakan variabel mekanis yang berhubungan dengan performa fungsional dari suatu mesin yang berotasi. Kemampuan untuk mengukur ketiga kuantitas ini secara akurat sangat diperlukan untuk menentukan efisiensi dari mesin dan menghasilkan operasi kerja yang aman dan kondusif untuk pelayanan yang lama dan handal. Pengukuran secara on-line dari kuantitas torsi dapat dilakukan untuk kendali real-time, membantu memastikan konsistensi dari kualitas produk, dan dapat memberikan peringatan dini dari masalah yang timbul. Pengukuran torsi dan daya digunakan dalam pengujian rancangan muktahir dari mesin-mesin baru dan dalam perancangan komponen-komponen mesin. Pengukuran torsi juga menyediakan standar untuk mengontrol dan memverifikasi tingkat kekencangan dari banyak tipe alat pengunci.

Torsi sendiri merupakan momen gaya yang dihasilkan pada sebuah lengan momen dengan panjang  yang diberikan gaya  seperti pada gambar berikut,

Gambar 10 . Konsep torsi

di mana besarnya torsi dapat dihitung dengan

di mana dari persamaan tersebut dapat ditentukan satuan dari torsi yaitu Nm (newton-meter).

Gambar berikut merupakan susunan peralatan yang digunakan untuk pengukuran torsi dan daya dari suatu sistem.

Gambar  11. Susunan peralatan untuk pengukuran torsi dan daya

Secara umum, torsi penggerak yang ditempatkan pada posisi tertentu (pada gambar di atas berada pada posisi B), dihambat oleh torsi yang berlawanan yang dihasilkan oleh peralatan lain pada posisi yang lain (posisi F). Torsi penggerak (seperti motor listrik, motor diesel, dan lain-lainnya) dihubungkan melalui penghubung C, wilayah transmisi D, dan penghubung tambahan E. Torsi pada B atau F merupakan besaran yang akan diukur. Torsi-torsi ini dapat diukur secara tidak langsung menggunakan besaran lain yang berkaitan seperti kuat arus listrik atau tekanan fluida yang menjadi satu dengan pengoperasian dari peralatan penggerak atau yang digerakkan, atau secara langsung dengan mengukur torsi reaksi pada A atau G, atau torsi yang disalurkan melalui D.

Metode pengukuran torsi yang sering digunakan pada saat ini adalah metode pengukuran berbasis optik sejak perkembangan dari dioda laser dan sistem transmisi fiber-optik. Contoh dari sistem pengukuran torsi berbasis optik ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 12. Sistem pengukuran torsi berbasis optik

Dua roda dengan setrip hitam-putih dipasang pada kedua ujung dari sumbu rotasi dan diatur sedemikian rupa sehingga posisi setiap setrip sejajar pada kondisi tidak ada torsi yang diberikan pada sumbu. Cahaya dari sumber berupa laser dioda dipancarkan oleh sepasang kabel fiber-optik menuju kedua roda tersebut. Rotasi dari kedua roda akan menghasilkan pulsa-pulsa pantulan cahaya laser yang dikirim kembali ke penerima dengan pasangan kabel fiber-optik kedua. Pada kondisi tanpa torsi, rentetan pulsa yang diterima akan memiliki fasa yang sama. Ketika torsi diberikan, pantulan cahaya akan termodulasi. Pengukuran beda fasa dari pulsa pantulan cahaya laser yang diterima memungkinkan untuk mengetahui besarnya torsi tersebut. Adapun untuk mengukur beda fasa tersebut bisa dilakukan secara digital menggunakan detektor fasa yang dibuat dari gerbang XOR. Gerbang XOR merupakan gerbang logika yang menghasilkan logika keluaran 0 ketika semua logika masukan bernilai sama, baik 1 maupun 0. Selain itu, gerbang XOR akan menghasilkan keluaran logika 1.

Gambar 13 . Simbol dan tabel logika gerbang XOR

Ketika sistem berada pada keadaan tanpa torsi, maka pulsa-pulsa pantulan akan memiliki fasa yang sama, sehingga keluaran pada gerbang XOR akan bernilai 0. Gambar berikut merupakan keluaran dari detektor fasa yang menggunakan gerbang XOR di mana PULSA 1 menyatakan pulsa pantulan yang diterima dari gigi pertama, PULSA 2 menyatakan pulsa pantulan yang diterima dari gigi kedua, dan PENERIMA merupakan keluaran dari detektor fasa (gerbang XOR).

Gambar  14. Keluaran detektor pulsa gerbang XOR pada kondisi tanpa torsi

Ketika torsi diberikan pada sumbu rotasi, maka akan terjadi perbedaan fasa antara PULSA 1 dan PULSA 2. Gambar berikut merupakan keluaran detektor fasa ketika terjadi torsi yang mengakibatkan beda fasa sebesar 20 ms (torsi kecil).

Gambar  15. Keluaran detektor pulsa gerbang XOR pada kondisi diberikan torsi yang kecil (beda fasa 20 ms)

Terlihat pada keluaran detektor (PENERIMA) terbentuk rentetan pulsa baru. Pulsa dengan bentuk ini dinamakan dengan pulsa PWM (Pulse-Width Modulation). Bagaimana jika torsi diperbesar? Berikut adalah gambar keluaran detektor fasa ketika torsi pada sumbu diperbesar sehingga menghasilkan beda fasa 42 ms:

Gambar 16. Keluaran detektor pulsa gerbang XOR pada kondisi diberikan torsi yang lebih besar (beda fasa 42 ms)

Duty cycle (perbandingan antara durasi bagian HIGH dengan durasi bagian LOW dari pulsa) PENERIMA menjadi lebih besar seiring dengan bertambahnya beda fasa. Dapat dikatakan bahwa detektor fasa memberikan keluaran yang linear. Untuk mendapatkan besarnya torsi yang terukur dapat dilakukan dengan cara yang sangat sederhana, yaitu mengambil keluaran pulsa PWM dari keluaran detektor kemudian menggunakan LPF (low-pass filter) yang akan mengubah pulsa PWM tersebut menjadi tegangan DC yang besarnya sebanding dengan beda fasa masukan detektor, atau dalam kata lain besarnya torsi yang terukur. Tegangan DC ini dapat digunakan oleh rangkaian pengolah sinyal atau, misalnya, diumpankan ke ADC mikrokontroler untuk diolah sebagai besaran torsi yng terukur dan kemudian mikrokontroler akan menampilkannya sebagai keluaran angka pada LCD 16x2.

BAB IV

KESIMPULAN

4.2 Kesimpulan

            Adapun kesimpulan pada makalah ini yaitu sebagai berikut :

1.      Massa, gaya, dan torsi merupakan tiga besaran dalam fisika yang saling berkaitan

2.      Untuk mengukur besarnya gaya dorong atau gaya tarik, atau gaya berat benda secara langsung, dapat menggunakan neraca pegas. Neraca pegas merupakan neraca yang menggunakan pegas sebagai “sensor” untuk mengukur besarnya gaya yang dikenakan pada pegas.

3.      Torsi, kelajuan, dan daya merupakan variabel mekanis yang berhubungan dengan performa fungsional dari suatu mesin yang berotasi.

4.3 Saran

            Adapun saran dalam makalah ini yaitu sebagai berikut :

1.      Mahasiswa lebih meningkatkan mutu bacaan mengenai pengukuran

2.      Mahasiswa harus belajar mempraktekan pengukuran di Laboratorium

3.      Dosen membantu serta memfasilitasi baik peralatan maupun teori yang mendukung

DAFTAR PUSTAKA

Arisworo, Djoko, dkk. 2006. Fisika Dasar Jakarta; Grafindo Media Pratama.

Cassiday,Flowles. 2005 . Seventh Edition Analytical Mechanics.United Stated of Amerika :                 The Maple Vail ManufacturingBook.