Makalah Relevansi Fisika Dengan Teknik Sipil

MAKALAH RELEVANSI ILMU FISIKA DENGAN TEKNIK SIPIL Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika Dasar

Disusun Oleh : Nama : Nilam Cahya NIM : 41115110164 DOSEN : Reza Ferial Ashadi, ST.,MT

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK PERENCANAAN DAN DESAIN UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA, 2015

KATA PENGANTAR Berkat rahmat dan hidayah dari Allah SWT maka sampai saat ini penulis masih diberikan bimbingan dalam menyusun makalah fiska ini. Semoga Allah SWT akan senantiasa memberikan kemudahan disetiap kegiatan yang kita lakukan. Makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Fisika Dasar pada jurusan Teknik Sipil Universitas Mercu Buana. Makalah ini berisi tentang hubungan antara Fisika Dasar dengan Teknik Sipil. Makalah ini disusun berdasarkan berbagai sumber yang di dapat oleh penulis. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada pihakpihak yang telah membantu penulis didalam pembuatan makalah, yaitu kepada : 1. Bapak Reza Ferial Ashadi, ST ,MT selaku dosen mata kuliah Fisika Dasar. 2. Orang tua serta kawan-kawan jurusan Teknik Sipil yang telah memberikan dorongan moril dan materil untuk terus menuntut ilmu. Akhir kata penulis berharap agar makalah ini dapat berguna bagi teman-teman maupun pembaca lainnya.

Jakarta, Oktober 2015

Penulis

i

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR..................................................................................................................i DAFTAR ISI..............................................................................................................................ii BAB I PENDAHULUAN 1.1

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

1.2

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

1.3

Tujuan Penulisan.........................................................................................................1

BAB II PEMBAHASAN 2.1

Dasar Teori..................................................................................................................2 2.1.1

Gerak.....................................................................................................................2

2.1.2

Gravitasi................................................................................................................2

2.1.3

Tekanan Hidrostatis................................................................................................3

2.1.4

Kesetimbangan Benda Tegar....................................................................................3

2.1.5

Hukum Archimedes................................................................................................3

2.1.6

Hukum Newton III..................................................................................................3

2.2

Relevansi Ilmu Fisika Dengan Teknik Sipil................................................................4 2.2.1

Penentuan Sistem Pondasi Dan Perhitungan Bangunan Terhadap Gempa Bumi Akibat Adanya Gerak.........................................................................................................4

2.2.2

Perhitungan Gaya Dalam Pada Bangunan Yang Terjadi Akibat Gravitasi...........4

2.2.3

Konsep Tekanan Hidrostatis Dalam Pembangunan Bendungan .........................5

2.2.4

Kesetimbangan Benda Tegar Pada Perhitungan Rangka Jembatan.....................6

2.2.5

Hukum Archimedes Pada Jembatan Ponton........................................................6

2.2.6

Hukum III Newton Pada Jembatan......................................................................7

BAB III PENUTUP 3.1

Kesimpulan..................................................................................................................8

3.2

Saran............................................................................................................................8

DAFTAR PUSTAKA.................................................................................................................9

ii

BAB I PENDAHULUAN 1.1.

LATAR BELAKANG Teknik sipil merupakan salah satu cabang ilmu teknik yang mempelajari tentang bagaimana merancang, membangun, merenovasi tidak hanya gedung dan infrastruktur, tetapi juga mencakup lingkungan untuk kemaslahatan hidup manusia. Teknik sipil mempunyai ruang lingkup yang luas, di dalamnya pengetahuan matematika, fisika, kimia, biologi, geologi, lingkungan hingga komputer mempunyai peranannya masingmasing. Teknik sipil dikembangkan sejalan dengan tingkat kebutuhan manusia dan pergerakannya, hingga bisa dikatakan ilmu ini bisa merubah sebuah hutan menjadi kota besar. Seperti telah dijelaskan sebelumnya, salah satu ruang lingkup teknik sipil adalah pengetahuan tentang fisika (dibatasi pada konteks teknik sipil). Dengan demikian,dunia teknik sipi tak dapat dilepaspisahkan dari beberapa konsep fisika, yang pada dasarnya dapat dijadikan sebagai acuan analisis. Konsep gerak, gravitasi, hukum Newton III, kesetimbangan benda tegar, dan tekanan hidrostatis ini menjadi hal yang penting untuk diketahui dan dipahami oleh seorang insinyur dalam melakukan perencanaan, perancangan, dan pembangunan berbagai infrastruktur dan lingkungan lainnya yang masuk dalam ruang lingkup Teknik Sipil.

1.2. RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah yang akan dibahas dari makalah ini adalah : 1. Cabang Ilmu Fisika apa saja yang digunakan dalam pekerjaan di bidang teknik sipil ? 2. Bagaimana relevansi dari cabang ilmu fisika dan cabang ilmu teknik sipil ? 1.3. TUJUAN PENULISAN Tujuan dari penulisan makalah ini adalah : 1. Mengetahui dan memahami cabang ilmu fisika yang digunakan dalam perencanaan dan pembangunan bendungan. 2. Mengetahui relevansi atau analogi ilmu fisika dan ilmu teknik sipil.

1

BAB II PEMBAHASAN 1.1

DASAR TEORI 2.1.1

GERAK Dalam fisika, gerak didefinisikan sebagai perubahan posisi suatu benda terhadap waktu. Gerak biasanya digambarkan dalam hal kecepatan, percepatan, perpindahan, dan waktu. Gerak diamati dengan melampirkan kerangka acuan untuk tubuh dan mengukur perubahan dalam posisi relatif terhadap yang lain kerangka acuan. Mekanika merupakan cabang ilmu fisika tertua yang mempelajari gerak benda-benda. Jika kita membahas tentang gerak, maka kita berhadapan dengan bagian dari mekanika, yaitu kinematika. Selanjutnya, jika gerak dihubungkan dengan gaya yang berkaitan dengannya dan sifat-sifat benda yang bergerak, maka dikenal istilah kinematika. Mekanika secara fundamental didasarkan pada tiga Hukum Newton tentang Gerak. Hukum-hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya dan gerak yang bekerja pada benda. Mekanika pertama kali disusun oleh Sir Isaac Newton dalam karyanya Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, pertama kali diterbitkan pada tanggal 5 Juli 1687.

2.1.2

GRAVITASI

Gambar 1 Gravitasi Bumi Gravitasi merupakan fenomena alam dimana benda-benda menarik satu sama lain dengan kekuatan yang proporsional. Gravitasi merupakan agen yang memberikan bobot kepada objek dengan massa dan menyebabkan objek jatuh ke tanah saat terjatuh. Gravitasi bertanggung jawab untuk menjaga planet-planet tetap bergerak sesuai dengan orbit mengelilingi matahari, menjaga bulan dalam orbitnya mengelilingi bumi, pembentukan pasang surut, konveksi alam, aliran fluida yang terjadi di bawah pengaruh kerapatan gradien dan gravitasi, untuk memanaskan interior bintang dan planet-planet membentuk suhu yang sangat tinggi, dan fenomena lain di bumi. 3

Fisika modern menjelaskan gravitasi menggunakan teori relativitas umum oleh Einstein, dimana gravitasi merupakan konsekuensi dari kelengkungan ruang-waktuyang mengatur gerak benda inersia. Hukum Newton tentang gravitasi universal memberikan perkiraan yang akurat tentang fenomena gravitasi ini. 2.1.3

TEKANAN HIDROSTATIS Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diberikan oleh cairan pada kesetimbangan karena pengaruh gravitasi. atau tekanan pada zat cair. Besar tekanan zat cair bergantung pada kedalaman zat cair, semakin dalam letak suatu bagian zat cair, akan semakin besar pula tekanan pada bagian itu. Menurut hukum tekanan hidrostatis “Tekanan hidrostatis yang terletak pada semua titik yang terletak pada suatu bidang datar dalam suatu jenis zat cair yang sama besarnya sama" Hukum tekanan hidrostatis berlaku jika zat cair dalam keadaan diam (tidak mengalir).

2.1.4

KESETIMBANGAN BENDA TEGAR Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami perubahan bentuk akibat pengaruh gaya atau momen gaya. Sebenarnya benda tegar hanyalah suatu model idealisasi, karena pada dasarnya semua benda akan mengalami perubahan bentuk apabila dipengaruhi oleha gaya atau momen gaya. Akan tetapi , karena perubahannya sangat kecil maka pengaruhnya terhadap kesetimbangan statik dapat diabaikan.

2.1.5

HUKUM ARCHIMEDES Ahli Fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil yang sama dengan hasil percobaanmu, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya ke atas (FA). Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

3

Gambar 2 Hukum Archimedes - Benda terapung jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair - Benda melayang jika massa jenis benda sama besar dengan massa jenis zat cair. - Benda tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair. 2.1.6

HUKUM III NEWTON

Gambar 3 Hukum Newton III Hukum III Newton menyatakan bahwa jika benda 1 memberikan gaya pada benda 2 maka pada saat yang sama benda 2 memberikan gaya pada benda 1. Besar kedua gaya sama tetapi arah kedua gaya berlawanan. Salah satu gaya disebut aksi, gaya lainnya disebut reaksi. Tanda negatif menjelaskan arah gaya. F aksi bertanda positif sedangkan F reaksi bertanda negatif. Hal ini menunjukan bahwa gaya aksi dan rekasi berlawanan arah

3

2.2

RELEVANSI ILMU FISIKA DENGAN TEKNIK SIPIL 2.2.1.

PENENTUAN SISTEM PONDASI DAN PERHITUNGAN BANGUNAN TERHADAP GEMPA BUMI AKIBAT ADANYA GERAK Gerak Bangunan Akibat Gerak Tanah : gerakan ini disebabkan oleh adanya dua atau beberapa macam tanah di bawah bangunan, sehingga reaksi tanah tidak sama atau merata. Diperlukan untuk menyelidiki tanah sebelum menentukan sistem pondasi yang akan digunakan. Penyelidikan tanah dapat berupa sondering, tes laboratorium atau pengeboran untuk menentukan garis permukaan air pada musim kemarau dan hujan. Goyangan Bangunan Akibat Gempa Bumi: terjadi akibat longsoran tanah, gempa tektonik, letusan gunung berapi, bahan peledak pada tambang. Getaran gempa dapat berupa gerak vertikal dan horisontal. Hubungan-hubungan dan landasan struktur mendapat goyangan seperti hendak dipatahkan dan diuji kekokohannya. Perlu diadakan perhitungan terhadap gempa pada bangunan 4 lantai atau lebih dan bangunan besar walaupun tidak bertingkat.

2.2.2. PERHITUNGAN GAYA DALAM PADA BANGUNAN YANG TERJADI AKIBAT GRAVITASI Pada saat ini, ada beberapa metode analisa struktur yang dapat dipakai untuk menghitung besarnya gaya-gaya dalam yang terjadi akibat beban gravitasi pada bangunan tinggi. Metode yang umum dipakai selama ini adalah metode pembebanan langsung, di mana pembebanan diberikan sekaligus segera setelah proses pembangunan selesai, tanpa memperhatikan proses pembangunan di lapangan. Metode lainnya, yaitu metode sequential loading memberikan pembebanan secara bertahap sesuai dengan proses pembangunan di lapangan. Analisa struktur dengan metode pembebanan langsung memberikan hasil perhitungan gaya-gaya dalam yang lebih besar dibandingkan dengan metode sequential loading

7

2.2.3. KONSEP TEKANAN BENDUNGAN

HIDROSTATIS

DALAM

PEMBANGUNAN

Gambar 4. Bendungan Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan lajuair menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Air. Kebanyakan dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan. Bendungan (dam) dan bendung(weir) sebenarnya merupakan struktur yang berbeda. Bendung (weir) adalah struktur bendungan berkepala rendah (lowhead dam), yang berfungsi untuk menaikkan muka air, biasanya terdapat di sungai. Air sungai yang permukaannya dinaikkan akan melimpas melalui puncak / mercu bendung (overflow). Dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran air di saluran / sungai dan bisa juga sebagai penggerak pengilingan tradisional di negara-negara Eropa. Di negara dengan sungai yang cukup besar dan deras alirannya, serangkaian bendung dapat dioperasikan membentuk suatu sistem transportasi air. Di Indonesia, bendung dapat digunakan untuk irigasi bila misalnya muka air sungai lebih rendah dari muka tanah yang akan diairi.

Gambar 5 Struktur Dinding Bendungan

7

Hubungan antara tekanan hidrostatis dengan bendungan dapat dilihatt dari struktur dinding bendungan. Dinding bendungan bagian bawah dibuat lebih tebal dari bagian atas agar bendungan tidak hancur karena tekanan zat cair terbesar berada pada dasar permukaan zat cair. Hal ini sesuai dengan prinsip tekanan hidrostatis yang menyatakan semakin dalam letak suatu bagian zat cair, akan semakin besar pula tekanan pada bagian itu. 2.2.4.

KESETIMBANGAN BENDA TEGAR PADA PERHITUNGAN RANGKA BATANG JEMBATAN

Gambar 6 Jembatan Prinsip kesetimbangan benda tegar menyatakan bahwa benda-benda dalam keadaan setimbang ketika jumlah gaya-gaya yang bekerja padanya bernilai nol. Pada pembahasan mengenai aksi reaksi, tiap gaya aksi yang diberikan beban kepada tumpuan akan dibalas oleh tumpuan dengan gaya reaksi yang besarnya sama namun berlawanan arah. sudah membuktikan bahwa prinsip kesetimbangan benda tegar teraplikasikan pada jembatan. Namun, ada elemen struktur lain yang menggunakan prinsip kesetimbangan benda tegar. Elemen struktur tersebut adalah rangka batang ( truss ). Rangka batang dibuat berbentuk segitiga dengan berbagai macam pola, hal ini dimaksud agar tidak ada gaya geser dari beban yang bekerja.

Gambar 7 Rangka Batang Pada Jembatan Prinsip Kesetimbangan benda tegar diaplikasikan untuk menghitung tegangan dan tarikan dari batang batang dari rangka batang jembatan tersebut. Dalam ilmu teknik sipil , metode analisis gaya gaya batang ini disebut dengan metode titik buhul (joint). 7

2.2.5. HUKUM ARCHIMEDES PADA JEMBATAN PONTON Peristiwa mengapung suatu benda karena memiliki rongga udara dimanfaatkan untuk membuat jembatan yang terbuat dari drum-drum berongga yang dijajarkan melintang aliran sungai. Volume air yang dipindahkan menghasilkan gaya apung yang mampu menahan berat drum itu sendiri dan benda-benda yang melintas di atasnya. Setiap drum penyusun jembatan ini harus tertutup agar air tidak dapat masuk ke dalamnya. Hal ini dilakukan agar jembatan dapat terus mengapung.

Gambar 8 Jembatan Ponton 2.2.4. HUKUM III NEWTON PADA JEMBATAN Pada prinsipnya setiap benda yang memiliki gaya berat akan ada gaya yang besarnya sama dan berlawanan arah dengan gaya berat tersebut yaitu gaya normal. Prinsip fisika Hukum III newton tersebut juga berguna dalam pembangunan struktur jembatan. Hukum aksi reaksi berlaku pada tumpuan atau perletakan dari jembatan. Setiap gaya aksi yang diberikan oleh beban kepada tumpuan akan mendapat reaksi yang besarnya sama dari tumpuan kepada beban tersebut. Sehingga sistem jembatan tetap dalam keadaan statis (diam). Prinsip fisika aksi reaksi ini berguna untuk menghitung reaksi perletakan sehingga dapat mengontrol lendutan nantinya.

Gambar 9 Jembatan pada gambar diatas misalnya, jembatan dibebani oleh gaya aksi yaitu beratnya sendiri (komponen) dan juga beban hidup(truk) maka masing-masing ujung jembatan akan memberi reaksi yang besarnya sama namun arahnya berlawanan.

7

BAB III PENUTUP 3.1

KESIMPULAN Setelah memelajari relevansi antara Ilmu Fisika dengan Teknik Sipil, maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Ilmu Teknik Sipil bukanlah ilmu yang independent ( berdiri sendiri), karena di dalam ilmu Teknik Sipil di pelajari pula ilmu lainnya, seperti ilmu fisika, matematika, komputer, ddl. 2. Pentingnya memelajari ilmu Fisika dalam perkuliahan Teknik Sipil, karena di dalam penerapan Teknik Sipil pada kehidupannya nyata, banyak ditemukan konsep-konsep ilmu Fisika. 3. Konsep-konsep ilmu Fisika yang berhubungan dengan Teknik Sipil diantaranya yaitu gerak, gravitasi, kesetimbangan benda tegar, tekanan hidrostatis, hukum Archimedes, hukum Newton III. 4. Relevansi antara Ilmu Fisika dan Teknik Sipil terdapat pada penentuan sistem podasi dan perhitungan bangunan terhadap gempa Bumi akibat adanya gerak, perhitungan gaya dalam pada bangunan yang terjadi akibat gravitasi, konsep tekanan pada pembangunan bendungan, kesetimbangan benda tegar pada perhitungan rangka jembatan, hukum Archimedes pada jembatan ponton, hukum III Newton pada jembatan.

3.2

SARAN Karena banyaknya relevansi antara Ilmu Fisika dengan Teknik Sipil, maka hendaknya semangat dalam pembelajaran Ilmu Fisika ditingkatkan, khusunya bagi mahasiswa Teknik Sipil. Selain itu, proses pembelajaran Fisika dikelas sebaiknya dikembangkan lagi, sehingga dalam proses belajar mengajar, mahasiswa tidak jenuh.

8

DAFTAR PUSTAKA

Khristianto, Yuda. 2013. Contoh Aplikasi Fisika Dalam Kehidupan. (Online), (http://ipaceria47.blogspot.co.id/2013/03/contoh-aplikasi-fisika-dalamkehidupan.html, Diakses pada 22 Oktober 2015) Mualim,

Fyrisco.

2013.

Bendungan

Dasar.

(https://www.academia.edu/4880142/BENDUNGAN_DASAR,

Diakses

(Online), pada

20

Oktober 2015) Tomy.

2011.

Penjelasan

Tentang

Bendungan.

(Online),

(https://totobolacrot.wordpress.com/2011/08/30/var-adfly_id-811511-varadfly_advert-int-var-frequency_cap-5-var-frequency_delay-5-var-init_delay-3, Diakses Pada 19 Oktober 2015) Wikipedia.

2014.

Bendungan.

(Online),

(https://id.wikipedia.org/wiki/Bendungan, Diakses pada 19 Oktober 2015) Yobi. 2014. Relevansi Ilmu Fisika Dan Teknik Sipil. (Online), (http://yobiengineering.blogspot.co.id/2015_01_01_archive.html, Diakses pada 18 Oktober 20

9

9