Konsep dinamika dan apikasi

KONSEP DINAMIKA

1. Gaya Dinamik

Dinamika adalah cabang dari ilmu fisika (terutama mekanika klasik) yang mempelajari gaya dan torsi dan efeknya pada gerak. Dinamika merupakan kebalikan dari kinematika, yang mempelajari gerak suatu objek tanpa memperhatikan apa penyebabnya. Secara umum, para peneliti yang menekuni dinamika akan mendalami bagaimana sistem fisika mengalami perubahan dan penyebab mereka berubah. Isaac Newton menciptakan hukum-hukum fisika yang menjadi panduan dalam fisika dinamika. Secara umum, dinamika sangat berkaitan erat dengan Hukum kedua newton tentang gerak. Namun, ketiga hukumnya tetap saling berkaitan satu sama lain.

Perbedaan kinematika dan dinamika adalah dinamika dapat menjelaskan mengapa kertas yang telah diremas kecepatan jatuhnya lebih tinggi dibandingkan selembar kertas utuh dengan berat yang sama. Sedangkan kinematika hanya menghitung secara nyata kecepatan kedua kertas tersebut walaupun hasilnya berbeda dan kesimpulannya berbeda. Sebenarnya, jika tidak ada tekanan udara (ruang hampa), kecepatan jatuh kedua kertas tersebut sama. Prinsip ini sama seperti prinsip kerja parasut yang harus mengembang secara sempurna ketika digunakan.

Jadi, dalam kinematika yang dihitung atau dikaji berkaitan dengan posisi, kecepatan, percepatan benda, beserta turunannya dengan mengabaikan gaya atau penyebab geraknya. Sedangkan dalam dinamika, yang dikaji adalah gerak benda tanpa mengabaikan gaya yang menyebabkannya, baik berupa gaya gravitasi, gaya dorong, gaya gesek, gaya hambat udara, dan lainnya.

Dari gaya dinamik dan gaya kinematik terdapat beban yang dihasilkan yaitu beban dinamik dan beban static. Perbedaan antara beban dinamik dan beban statik yaitu sebagai berikut :

a. Beban statik adalah beban tetap, baik besarnya (intensitasnya), titik bekerjanya dan arah garis kerjanya tetap.

b. Beban dinamik adalah beban yang besarnya ( intensitasnya ) berubah-ubah menurut waktu, sehingga dapat dikatakan besarnya beban merupakan fungsi waktu.

2. Analisa Dinamika Struktur

a. Pendahuluan

Dinamika struktur adalah salah satu bagian dari ilmu mekanika yang secara khusus membahas respon struktur terhadap beban dinamik, misalnya akibat gempa. Dalam bahasan dinamika struktur, beban maupun respon struktur tidak hanya ditentukan oleh arah, lokasi dan besarnya, tetapi juga oleh variabel waktu.

Secara khusus, besarnya respon struktur yang berupa gaya dalam, merupakan fungsi dari waktu, sebagai bentuk respon terhadap gangguan atau beban luar, yang rumusannya ditentukan oleh parameter yang dimiliki struktur ybs, diantaranya massa, kekakuan dan redaman yang berpengaruh pada getaran yang dialami struktur.

Getaran adalah sebuah gerakan bolak-balik yang berada disekitar titik keseimbangan dimana kuat lemahnya bergantung pada besar kecilnya energi yang diberikan. Getaran adalah sebuah fenomena fisik yang logis dan dapat diterangkan oleh prinsip dasar mekanika. Konsep matematik yang digunakan dalam penjabaran getaran selalu dapat dihubungkan dengan fenomena fisik yang dapat diukur dari eksperimen, sehingga getaran mudah untuk dipelajari karena dapat dihubungkan dengan kejadian-kejadian sebenarnya di alam. Semua benda yang mempunyai masa dan elastisitas dapat bergetar bila mendapat gangguan.

Getaran dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu getaran bebas dan getaran paksa. Getaran bebas terjadi bila system bergetas akibat gaya yang terdapat dalam system itu sendiri tanpa adanya gangguan atau gaya dari luar. Sistem akan bergetar pada frekuensi alaminya, yang tergantung pada massa dan kekakuan system. Jika sistem bergetar karena adanya gangguan atau gaya dari luar maka ini disebut sebagai getaran paksa. Pada getaran paksa, sistem akan bergetar pada frekuensi gaya luarnya. Jika frekuensi gaya luar dan frekuensi alami system sama akan terjadi resonansi yang menyebabkan getaran membesar. Sehingga perhitungan frekuensi alami sangat penting terutama dalam desain bangunan sipil.

Getaran pada titik tertentu akan mengalami redaman yang diakibatkan oleh disipasi energi akibat gesekan atau tahanan dalam bentuk lain. Dalam analisis dinamik dikenal gaya inersia yang timbul akibat massa bangunan yang mengalami percepatan. Penyelesaian analisis struktur akan sangat sulit bila memodelkan struktur sebagai sosok yang kontinyu (sebagai kontinum), sehingga dalam pemodelan dinamik dilakukan diskretisasi struktur yaitu penyederhanaan struktur menjadi bagian-bagian struktur yang terpenggal tapi menerus.

Suatu sistem struktur mempunyai derajat kebebasan atau degree of freedom (DOF). Derajat kebebasan ini menunjukkan koordinat bebas sistem dimana dalam koordinat tersebut sistem dapat mengalami perpindahan. Jumlah derajat kebebasan pada struktur yang bergetar dalam koordinat derajat kebebasan tertentu, dimodelkan sama dengan jumlah titik massa (nodal) yang diperhitungkan akan mengalami perpindahan dan percepatan dalam arah masing-masing koordinat derajat bebas.

b. Tujuan analisa dinamika struktur

Tujuan analisis dinamik pada struktur adalah mendapatkan respons perpindahan, gaya atau kecepatan dari struktur yang diakibatkan oleh beban-beban yang bervariasi terhadap waktu. Setelah melakukan analisis pergerakan dari massa dengan memperhatikan penyederhanaan degree of freedom akan terbentuk persamaan gerak yang dapat memberikan persamaan respons struktur.

c. Beban Dinamik

Bekerja hanya untuk rentang waktu tertentu saja, akan tetapi walaupun hanya bekerja sesaat akibat yang ditimbulkan dapat merusakkan struktur bangunan. Oleh karena itu beban ini harus diperhitungkan didalam merencanakan struktur bangunan. Beban dinamik dapat menyebabkan timbulnya gaya inersia pada pusat massa yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan. Contoh gaya inersia yang paling sederhana adalah tumpukan kotak pada bak belakang truk akan terguling kedepan bila truk direm mendadak, dan akan terguling kebelakang bila truk dengan mendadak dijalankan.

Beban dinamis lebih kompleks dari pada beban statis, baik jika ditinjau dari bentuk fungsi bebannya maupun akibat yang ditimbulkan. Karena beban dinamik adalah fungsi dari waktu, maka pengaruhnya terhadap struktur juga akan berubah-ubah.menurut waktu. Oleh karena itu penyelesaian persoalan dinamik harus dilakukan secara berulang-ulang mengikuti sejarah pembebanan yang ada. Jika penyelesaian problem statik bersifat tunggal (single solution), maka dalam penyelesaian problem dinamik bersifat penyelesaian berulangulang ( multiple solution ). Karena beban dinamik menimbulkan repons yang berubah-ubah menurut waktu, maka struktur yang bersangkutan akan ikut bergetar. Pada saat bergetar bahan dari struktur akan melakukan resistensi/perlawanan terhadap getaran/gerakan, dan pada umumnya dikatakan bahan yang bersangkutan mempunyai kemampuan untuk meredam getaran. Dengan demikian pada pembebanan dinamik akan terdapat peristiwa redaman yang hal ini tidak terdapat pada pembebanan statik.

d. Aplikasi dinamika pada bidang mesin

Salah satu permesinan yang menggunakan aplikasi kinematika dan dinamia yaitu pada komponen-komponen motor bakar. Dalam mendesain kekuatan komponen-komponen motor bakar, sangatlah penting untuk menghitung besar gaya-gaya dan momen yang bekerja pada setiap komponen. Motor bakar sebagai salah satu contoh mekanisme engkol peluncur, mempunyai komponen-komponen kritis seperti bantalan (Bearing) dan Pena (Pin).hal ini disebabkan trekonsentrasinya gaya-gaya pada elemen inii. Dalam mekanisme yang beroperasi pada putaran tinggi, besar gaya-gaya yang timbul akibat adanya percepatan massa komponen akan lebih besar dibandingkan gaya-gaya statis yang bekerja pada komponen mesin itu sendiri.

1. Diagram Benda Bebas

Diagram benda bebas diperoleh dengan cara memindah kan gaya-gaya yang bekerja pada komponen-kompnen pada motor bakar.

2. Mekanisme Engkol Peluncur

Motor bakar satu silinder menggunakan mekanisme Engkol peluncur dalam pengoperasiannya seperti pada gambar 3. Untuk aplkasi mekanisme ini pada sebuah motor bakar, usaha hasil pembakaran bahan baker dan oksigen yang berekpansi akan mendorong torak atau piston yang dilanjutkan kebatang penghubung yang akan memutar poros engkol, yang akan kemudian di idealisasikan akan menghasilkan putaran konstan dengan bantuan seebuah roda gila (Fly Wheel).

Dengan menggunakan metode-metode yang ada pada ilmu Kenematika dan Dinamika maka kita dapat menngetahui seemua gaya yang bekerja pada sebuah mekanisme Motor Bakar .