GETARAN

   GETARAN

Getaran adalah suatu gerakan yang  berulang dengan sendirinya pada suatu selang waktu tertentu yang dapat terjadi pada sistem dimana memiliki massa dan sifat elastis serta padanya bekerja gangguan. Getaran juga didefenisikan sebagai gerakan berosilasi dari suatu sistem yang dapat berupa gerakan beraturan dan berulang secara kontinu atau dapat juga berupa gerakan tidak beraturan atau acak (Abdullah Mappaita, 2005).

Studi tentang getaran adalah studi tentang gerakan berosilasi dan sistem mekanis serta kondisi dinamisnya. Gerakan ini dapat berupa gerakan beraturan atau berulang secara kontinu atau dapat juga berupa gerakan tidak beraturan atau acak. Umumnya getaran ditimbulkan akibat adanya gaya yang juga bervariasi dengan waktu. Supaya getaran mekanis terjadi, dibutuhkan minimal dua elemen pengumpul energi yaitu adanya massa (m) yang menyimpan energi kinetik dan alat elastis seperti pegas (k) yang menyimpan energi potensial.

Setiap benda yang memiliki massa dan sifat elastisitas jika diberi gangguan (rangsangan), maka benda atau sistem tersebut akan bergetar. Berdasarkan penyebab suatu benda atau sistem bergetar maka getaran dapat diklasifikasikan sebagai getaran bebas dan getaran paksa.

Getaran bebas adalah gerakan periodik yang diamati sebagai sistem yang berpindah dari kedudukan kesetimbangan elastis. Gaya yang bekerja adalah gaya pegas, gesekan, dan berat massa. Akibat adanya gesekan, getaran hilang sesuai dengan waktu (William dan Seto B.S, 1985).

Getaran bebas terjadi jika sistem berisolasi karena gaya yang berada dalam sistem itu sendiri dan tidak ada gaya dari luar yang memaksa untuk bergetar, namun bergetar karena adanya kondisi awal yang diberikan. Getaran bebas diperlukan untuk menentukan frekuensi pribadi sistem yang merupakan sifat dasar (karakteristik yang dimiliki sistem yang bergetar). Penentuan frekuensi pribadi sistem yang mengalami getaran adalah sangat penting untuk mencegah terjadinya resonansi.

Persamaan untuk getaran bebas teredam (Abdullah M, 2005) adalah:

                                                      (1)

Sedangkan getaran paksa (forced vibration) terjadi jika ada gaya luar sebagai gaya eksitasi yang bekerja pada sistem yang membuat sistem berisolasi. Getaran paksa juga didefenisikan sebagai getaran suatu sistem karena adanya gaya luar yang memaksa terjadinya getaran dimana frekuensi sistem sama dengan frekuensi gaya luar. Kondisi ini dapat diatasi dengan menggunakan peredam. Dengan adanya gesekan, bagian gerakan yang ditahan oleh gaya eksitasi sinusoida secara perlahan menghillang. Dengan demikian sistem akan bergetar pada frekuensi gaya eksitasi dengan mengabaikan kondisi awal atau frekuensi pribadi sistem.

Persamaan untuk getaran paksa adalah

(2)

Secara teoritis untuk sistem tanpa peredam, besarnya simpangan yang terjadi pada saat resonansi akan mencapai nilai tak terhingga. Namun secara eksperimental kondisi ini tidak akan terjadi karena setiap sistem yang bergetar mempunyai sifat redaman yang dapat mengurangi besarnya simpangan yang terjadi.

       Beberapa defenisi yang berkaitan dengan GETARAN 

1.      Gerakan/Getaran Harmonik ialah suatu gerakan dari titik yang mengelilingi lingkaran atau getaran dengan amplitudo dan frekuensi yang sama setiap saat.

2.      Periode (T) ialah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus.

3.      Frekuensi (f) ialah banyaknya siklus dalam satu satuan waktu.

4.      Amplitudo (A) ialah perpindahan terjauh dari posisi rata-ratanya. Amplitudo terdiri dari simpangan, kecepatan dan percepatan.

5.      Frekuensi pribadi (ωn) ialah frekuensi dari sistem getaran bebas yang ditentukan oleh sifat dari sistem itu.

6.      Getaran bebas ialah gerakan suatu sistem tanpa adanya gaya luar yang memaksa untuk bergetar, namun bergetar karena adanya kondisi awal yang diberikan.

7.      Getaran paksa ialah getaran suatu sistem karena adanya gaya luar yang memaksa terjadinya getaran dimana frekuensi sistem sama dengan frekuensi gaya luar.

8.      Resonansi ialah getaran suatu sistem dimana frekuensi gaya eksitasi sama dengan frekuensi pribadi dari sistem sehingga menyebabkan amplitudo yang sangat besar.

9.      Peredam ialah penghambat terhadap gerakan dari suatu sistem yang bergetar.

10.  Derajat kebebasan ialah suatu bilangan yang menyatakan jumlah koordinat yang diperlukan oleh suatu sistem untuk menyatakan gerakannya.

11.  Beda fasa (Ø) ialah sudut antara dua vektor perpindaha (2 gerakan harmonik dengan frekuensi sama).

Sifat-sifat Dari Kayu

   Sifat-sifat Dari Kayu

Bahan kayu telah banyak dikenal oleh semua orang, apalagi jika dikaitkan dengan penggunaan dan ketahanannya terhadap perlakuan dan cuaca. Kayu biasanya digunakan sebagai konstruksi bangunan (tiang, pintu, jendela, dll), bahan pembuat furniture (kursi, lemari, meja, dll) dan juga sebagai rangka dari beberapa elemen dari kapal laut (tiang, lantai, poros, bantalan, dll). Atas dasar itulah kayu ini dipandang dapat menggantikan beberapa elemen yang terbuat dari logam, utamanya pada bidang konstruksi dan elemen mesin di masa datang. (Martawirya A, Kartasujana I, Kadir K & Prawira S A, 1989).

Kayu memiliki beberapa sifat yang tidak dapat ditiru oleh bahan-bahan lain. Pemilihan dan penggunaan kayu untuk suatu tujuan pemakaian, memerlukan pengetahuan tentang sifat-sifat kayu. Sifat-sifat ini penting sekali dalam industry pengolahan kayu sebab dari pengetahuan sifat tersebut tidak saja dapat dipilih jenis kayu yang tepat serta macam penggunaan yang memungkinkan, akan tetapi juga dapat dipilih kemungkinan penggantian oleh jenis kayu lainnya apabila jenis kayu yang bersangkutan sulit diapatkan secara kontinyu atau harganya terlalu mahal.

Berikut ini diuraikan beberapa sifat-sifat kayu (fisik dan mekanik) serta penjelasannya.

1.      Sifat-sifat fisik kayu

1.      Berat dan Berat Jenis

       Berat suatu kayu tergantung dari jumlah zat kayu, rongga sel, kadar air dan zat ekstraktif di dalamnya. Berat suatu jenis kayu berbanding lurus dengan berat jenisnya. Kayu mempunyai berat jenis yang berbeda-beda, berkisar antara berat jenis minimum 0,2 (kayu balsa) sampai berat jenis maksimum 1,28 (kayu nani). Umumnya makin tinggi berat jenis kayu, kayu semakin berat dan semakin kuat pula.

2.      Warna dan Tekstur

Kayu yang beraneka warna macamnya disebabkan oleh zat pengisi warna dalam kayu yang berbeda-beda, sedangkan tekstur adalah ukuran relative sel-sel kayu. Berdasarkan teksturnya, kayu digolongkan kedalam kayu bertekstur halus (contoh: giam, kulim, dll), kayu bertekstur sedang (contoh: jati, sonokeling, dll) dan kayu bertekstur kasar (contoh: kempas, meranti, dll).

3.      Keawetan

         Keawetan adalah ketahanan kayu terrhadap serangan dari unsur-unsur perusak kayu dari luar seperti jamur, rayap, dll. Keawetan kayu tersebut disebabkan adanya zat ekstraktif di dalam kayu yang merupakan unsure racun bagi perusak kayu.

4.      Arah Serat

Arah serat adalah arah umum sel-sel kayu terhadap sumbu batang pohon. Arah serat dapat dibedakan menjadi serat lurus, serat berpadu, serat beromabak, serat terpilin dan serat diagoanal (miring).

5.      Higroskopis

Kayu mempunyai sifat dapat menyerap atau melepaskan air. Makin lembab udara disekitarnya makin tinggi pula kelembaban kayu sampai tercapai keseimbangan dengan lingkungannya. Dalam kondisi kelembaban kayu sama dengan kelembaban udara disekelilingnya disebut kandungan air keseimbangan (EMC = Equalibrium Moisture Content).

6.      Daya Hantar Panas

Sifat daya hantar kayu sangat jelek sehingga kayu banyak digunakan untuk membuat barang-barang yang berhubungan langsung dengan sumber panas.

7.      Daya Hantar Listrik

Pada umumnya kayu merupakan bahan hantar yang jelek untuk aliran listrik. Daya hantar listrik ini dipengaruhi oleh kadar air kayu. Pada kadar air 0% kayu akan menjadi bahan sekat listrik yang baik sekali, sebaliknya apabila kayu mengandung air maksimum  (kayu basah), maka daya hantarnya boleh dikatakan sama dengan hantar air.

2.      Sifat-sifat mekanik kayu :

1.      Kekuatan Tarik

            Kekuatan tarik adalah kekuatan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha menarik kayu (tensil). Terdapat 2 (dua) macam kekuatan tarik yaitu :

a.       Kekuatan tarik sejajar arah serat dan,

b.      Kekuatan tarik tegak lurus arah serat

Kekuatan tarik terbesar pada kayu ialah kekuatan tarik sejajar arah serat. Kekuatan tarik tegak lurus arah serat lebih kecil daripada kekuatan tarik yang sejajar dengan arah serat

2.      Kekuatan Tekan / Kompresi

            Kekuatan tekan atau kompresi merupakan kekuatan kayu untuk menahan muatan atau beban. Terdapat 2 (dua) macam kekuatan tekan, yaitu :

a.       Kekuatan tekan sejajar arah serat dan,

b.      Kekuatan tekan tegak lurus arah serat.

Pada semua kayu kekuatan tekan yang tegak lurus dengan serat lebih kecil daripada kekuatan tekan yang sejajar dengan arah serat.

3.      Kekuatan Geser

            Kekuatan geser adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya yang membuat suatu bagian kayu tersebut turut bergeser dari bagian lain di dekatnya. Terdapat 3 (tiga) macam kekuatan geser yaitu :

a.       Kekuatan geser sejajar arah serat,

b.      Kekuatan geser tegak lurus arah serat, dan

c.       Kekuatan geser miring.

Kekuatan geser yang tegak lurus dengan arah serat jauh lebih besar dibandingkan dengan kekuatan geser yang sejajar dengan arah serat.

4.      Kekuatan Lengkung (Lentur)

            Kekuatan lengkung atau lentur adalah kekuatan untuk menahan gaya-gaya yang berusaha untuk melengkungkan kayuatau untuk menahan beban mati maupun hidup selain beban pukulan. Terdapat 2 (dua) macam kekuatan lengkung, yaitu :

a.       Kekuatan lentur static, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang mengenainya secara perlahan-lahan.

b.      kekuatan lentur dinamis, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang mengenainya secara mendadak.

5.      Kekakuan

            Kekakua adalah kemampuan kayu untuk menahan perubahan bentuk atau lengkungan. Kekakuan tersebut dinyatakan dalam modulus elastisitas.

6.      Keuletan

            Keuletan adalah kemampuan kayu untuk menyerap sejumlah tenaga yang relatif besar atau tahan terhadap kejutan-kejutan atau tegangan-tegangan yang berulang-ulang yang melampaui batas proporsional serta mengakibatkan perubahan bentuk yang permanen dan kerusakan sebagian.

7.      Kekerasan

            Kekerasan adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya yang membuat takik atau lekukan atau kikidan (abrasi). Bersama-sama dengan keuletan, kekerasan merupakan suatu ukuran tentang ketahanan terhadap pengausan kayu.

8.      Kekuatan Belah

            Kekuatan belah adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha membelah kayu. Sifat kekuatan belah yang rendah sangat baik dalam pembuatan sirap dan kayu bakar. Sebaliknya kekuatan belah yang tinggi sangat baik untuk pembuatan ukir-ukiran atau patung. Pada umumnya kayu mudah dibelah sepanjang jari-jari (arah radial) daripada arah tangensial.

  Ukuran yang dipakai untuk menjabarkan sifat-sifat kekuatan kayu atau sifat mekaniknya dinyatakan dalam kg/cm². Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanik kayu secara garis besar digolongkan menjadi 2 (dua) kelompok :

       a.    Faktor luar (eksternal): pengawetan kayu, kelembaban lingkungan, pembebanan dan cacat yang   disebabkan oleh jamur atau serangga perusak kayu.

           b.   Faktor dalam kayu (internal): berat jenis, cacat mata kayu, serat miring, dsb.

Sifat-sifat karakterisitik inilah yang memperlihatkan perbedaan-perbedaan penting antara kayu dengan bahan lain, utamanya bahan logam, baik logam ferro maupun logam non ferro, yang untuk analisis matematis dalam ilmu kekuatan biasanya diketahui sebagia bahan yang sempurna akan homogenitas dan elastisitasnya.

Karakteristik Getaran Pada Beberapa Bahan Kayu

    Karakteristik Getaran Pada Beberapa Bahan Kayu

Beberapa pengujian telah dilakukan untuk mengetahui karakteristik dari beberapa jenis kayu. Hal ini sebagai langkah awal untuk dapat menggantikan elemen yang terbuat dari bahan logam. Pengujian terhadap beberapa jenis kayu lain sebagia bahan pembanding telah cukup banyak dilakukan dan dari hasil pengujian tersebut didapatkan sifat-sifat yang berbeda-beda. Berikut akan dituliskan beberapa hasil pengujian terhadap bahan lain utamanya bahan dari kayu yantg berbeda yang dapat digunakan sebagai bahan perbandingan terhadap bahan kayu yang diuji pada pengujian ini.

    1.   Kayu Eboni

           Eboni (Diospyros celebica) merupakan salah satu jenis kayu dari family Ebonaceae dan merupakan jenis kayu mewah. Kayu Eboni dikenal juga sebagai kayu hitam karena memiliki teras kayu berwarna hitam dengan garis-garis merah coklat. Sejak dahulu, kayu Eboni banyak digemari orang karena memiliki tekstur kayu yang halus dan merata, dengan teras kayunya yang indah dan sangat awet.

Eboni (Diaspyros celebica) merupakan salah satu jenis flora endemik yang ada di pulau Sulawesi, dengan daerah penyebaran di Sulawesi Utara, Sulawesi Tengah dan Sulawesi Selatan. Saat ini diperkirakan penyebaran habitat Eboni paling selatan adalah di wilayah Maros (Sulawesi Selatan), sedangkan bagian utara di daerah Tomini dan Toli-Toli (Sulawesi Tengah). Jenis kayu Eboni biasanya tumbuh di punggung-punggung bukit sampai ketinggian 700 meter di atas permukaan laut, dengan jenis tanah seperti: tanah kapur, batu-batuan dangkal maupun tanah latosol. Pohonnya lurus dan tegak dengan tinggi sampai dengan 40 meter. Diameter batang bagianbawah dapat mencapai 1 meter, sering dengan banir (akar papan) besar. Kulit batangnya beralur, mengelupas kecil-kecil dan berwarna coklat hitam. Pepagannya berwarna coklat muda dan di bagian dalamnya berwarna putih kekuning-kuningan. (Martawirya A, Kartasujana I, Kadir K & Prawira S A, 1989).

Kayu eboni biasanya digunakan sebagai bahan meubel (meja, kursi, dll), patung, ukiran, hiasan dinding, alat music, kayu lapis mewah seperti dibuat parket yakni lembaran kayu berbentuk persegi yang juga disebut ubin kayu, karena berfungsi sama seperti ubin/keramik lantai dan juga biasanya digunakan sebagai bahanh utama dalam pembuatan komponen-komponen/elemen-elemen dari kapal laut (perahu). Karakteristik kayu ini bila kita tinjau dari masalah getaran yakni: Gaya Eksiter resonansi (F_res), besarnya gaya eksiter yang terjadi pada saat resonansi adalah 0,9940 N. Frekuensi sudut resonansi 78,5 rad/s, faktor peredam 0,0287, kekakuan gaya Eboni 19.506,26 N/m, m,assa balok 3,1645 kg. koefisien redaman kritis 496,9747 Ns/m, dan koefisien redaman sebesar 14,2445 Ns/m (Naharuddin,2005).

2.   Kayu Ulin

Kayu ulin atau kayu besi atau biasa disebut kayu bulian (Eusideroxillon zwageri, family Lauraceae). Umumnya tinggi pohon dewasa antara 30-35 m dan diameter batang antara 60-120 cm, berbanir sampai tinggi 4 m, lebar 10 m, dan tebal 15-40 cm, kulit luar berwarna coklat kemerah-merahan samp[ai coklat tua. (Martawirya A, Kartasujana I, Kadir k & Prawira S A, 1989).

Pada hutan alam, Ulin bercampur dengan jenis kayu lainnya, oleh karenanya jika dibandingkan dengan jenis kayu lainnya maka tinggi batangnya relative pendek. Pohon Ulin (kayu besi) dapat dijumpai di kawasan hutan primer tua dan hutan campuran. Daerah penyebaran Ulin di Indonesia tidak begitu luas, terdapat frekuensi kecil di Sumatera Selatan yaitu Palembang, Jambi, Indra Giri, Bangka, Belitung, seluruh daerah Kalimantan dan Tawi-Tawi di Philipina. Kalimantan Timur merupakan daerah penyebaran Ulin dengan frekuensi terbesar.

Untuk perdagangan setempat, kayu Ulin dapat berupa balok besar, balok tiang dengan berbagai ukuran sesuai dengan kegunaannya, yaitu tiang menara, tiang listrik, tiang telephon, papan lantai, papan dinding, pagar, sirap rumah dan kegunaan lainnya. Di Kalimantan Selatan dan Kalimantan Timur, Ulin banyak digunakan untuk pagar.

Karakteristik kayu ini bila kita tinjau dari masalah getaran yakni : Gaya Eksiter resonansi (F_res), besarnya gaya eksiter yang terjadi pada saat resonansi adalah 7,4340 N, Frekuensi sudut resonansi 214,6754 rad/s, Faktor peredam 0,0084313 kekakuan balok kayu Ulin 138.654,657 N/m, massa balok 3,0086 kg. Koefisien redaman kritis 1.291,761 Ns/m dan koefisien redaman sebesar 10,9812 Ns/m (Bustamin & Farham, 2005).  

3.   Kayu Bayam

Ciri-ciri dari kayu bayam ini hamper sama dengan cirri-ciri yang dimiliki oleh kayu ulin, bahkan biasanya jika kita tidak mendapatkan kayu ulin maka kayu bayam yang digunakan sebagai penggantinya. Kayu jenis ini sangat keras, tetapi tidak memiliki penampilan (urat) yang indah. Batang pohon ini cukup tahan terhadap serangan rayap dan penggerek batang, juga memiliki ketahanan terhadap perubahan cuaca serta air laut. Di luar itu, banyak manfaat yang bias diperoleh dari kayu bayam, diantaranya : kayu sebagai bahan baku konstruksi pada tiang-tiang, pintu, jendela, dan sering pula digunakan sebagai rangka atap.

Karakteristik kayu ini bila ditinjau dari masalah getaran yakni : Gaya Eksiter resonansi (F_res), besarnya gaya eksiter yang terjadi pada saat resonansi  adalah 6,3859 N, Frekuensi sudut resonansi 198,9675 rad/s, Faktor peredam 0,0078404, kekakuan balok kayu bayam 119.043,559 N/m, massa balok 3,0070 kg. Koefisien redaman kritis 1.196,6131Ns/m dan koefisien redaman sebesar 9,3820Ns/m (Bustamin & Farham, 2005).

4.   Kayu Jati

Pohon jati (Tectona Grandis, family Verbenacea) adalah pohon yang berusia panjang, batangnya lurus dan tinggi menjulang hingga sampai 45 m, diameternya dapat mencapai 220 cm tetapi pada umumnya hanya berkisar 50 cm, kayunya keras, berserat halus dan bertekstur agak kasar dan tidak merata. Tempat tumbuhnya bisa dimana saja kecuali di tanah berawa, dareah penyebarannya di Indonesia antara lain : seluruh Jawa, Sulawesi Selatan dan Tenggara, Maluku, Nusa Tenggara Barat dan Lampung(Martawirya A, Kartasujana I, Kadir K & Prawira S A, 1989).

Jati termasuk jenis kayu yang keras dan awet. Selain itu tampilan uratnya juga begitu menawan. Kayu jati termasuk jenis kayu keras yang bernilai tinggi dan sangat diminati di dunia. Kayu jati Jawa terkenal sejak berabad yang lalu karena kualitasnya. Kekuatan kayu, warna kecoklatan indah, serat yang unik dan ketahanannya terhadap segala jenis cuaca tidak tertandingi oleh jenis kayu lain. Selain tidak mudah patah akibat benturan dengan benda metal, kayu jati juga tidak terlalu banyak membutuhkan perawatan.

Karena ciri-cirinya tersebut, kayu jati banyak digunakan untuk bahan baku pintu, rangka jendela, interior dan eksterior furniture, lantai atau flooring, ukuran, dll. Bahkan di beberapa negara, kayu jati digunakan untuk decking kapal atau yachts.

Karakteristik kayu ini bila kita tinjau dari masalah getaran yakni : Gaya Eksiter resonansi (F_res), besarnya gaya eksiter yang terjadi pada saat resonansi adalah 5,7314 N, frekuensi sudut resonansi 188,4955 rad/s, Faktor peredam 0,0074007 kekakuan balok kayu jati 106.832,877 N/m, massa balok 3,0067 kg, Koefisien redaman kritis 1.113,5323 Ns/m dan koefisien redaman sebesar 8,3889 Ns/m(Bustamin & Farham,2005).

5.   Kayu Enau

Enau (Arenga pinnata) termasuk jenis palma (famili Arecaceae), berakar kuat dan menjalar ke mana-mana. Enau mempunyai banyak manfaat bagi manuisia, antara lain: dapat menghasilkan nira sebagai bahan untuk pembuatan gula aren, buahnya dapat digunakan untuk kolang-kaling, ijuk digunakan untuk resapan air dan sapu.

Enau biasanya tumbuh dan berkembang biak dengan baik di hutan-hutan dari wilayah Asia tropis, enau diketahui menyebar alami mulai dari India Timur, disebelah barat hingga sejauh Malaysia, Indonesia dan Philipina di sebelah timur. Di Indonesia, enau tumbuh liar atau ditanam, sampai ketinggian 1.400 meter di atas permukaan laut (mdpl), biasanya di lereng-lereng atau tebing sungai. Tingginya dapat mencapai 25 m. Berdiameter hingga 65 cm, batang pokoknya kukuh dan pada bagian atas diselimuti oleh serabut berwarna hitam yang dikenal sebagai ijuk.

Karakteristik kayu ini bila kita tinjau dari masalah getaran yakni : Gaya eksiter resonansi (F_res), besarnya gaya eksiter yang terjadi pada saat beresonansi adalah 0,5346 N, frekuensi sudut resonansi 52,333 rad/s, Faktor peredam 0,0437 kekakuan balok enau 8.300,1485 N/m, massa balok 3,0306 kg, Koefisien redaman kritis 317,2033 Ns/m dan koefisien redaman sebesar 13,8618(Agustinus Pasule,2005).