Getaran dapat disebabkan oleh gaya eksternal yang bekerja pada sistem, seperti komponen berputar yang tidak seimbang, benturan yang tiba-tiba, atau faktor internal seperti resonansi dan frekuensi alami. Meskipun beberapa getaran memang disengaja dan penting agar mesin dapat berfungsi dengan baik, getaran yang tidak diinginkan juga dapat menyebabkan masalah kinerja, keausan, dan bahkan kegagalan struktural.
Apa itu Getaran Mekanis?
Getaran adalah gerak siklik suatu benda di sekitar posisi setimbangnya, dan dapat berupa gerak harmonik sederhana atau pola yang lebih rumit. Ini melibatkan transfer energi melalui materi atau ruang. Dalam bidang fisika, getaran dicirikan sebagai gerak maju mundur suatu benda atau gelombang.
Fenomena ini dapat timbul baik dari kekuatan eksternal maupun faktor internal dan dapat terwujud dalam berbagai wujud materi, termasuk padat, cair, gas, dan plasma. Getaran dapat disebabkan oleh suatu gaya yang diberikan, seperti benturan pada drum, atau dapat juga bersifat bawaan seperti yang terlihat saat kendaraan mengalami benturan di jalan.
Contoh Getaran Mekanis
Beberapa contoh penting dari getaran Mekanis adalah:
- Membran dan Pelat
- Kecepatan Kritis
- Balok
- String
- Penyeimbangan Mesin Bolak-Balik (Reciprocating)
- Penyeimbangan Mesin Putar (Rotary)
- Isolasi Getaran & Transmisibilitas
Jenis Getaran Mekanis
Berbagai jenis Getaran meliputi:
a. Getaran Bebas
Getaran bebas terjadi ketika suatu benda dipindahkan dari posisi setimbangnya dan kembali ke sana tanpa ada gaya luar yang bekerja padanya. Jenis getaran ini diamati setelah gaya yang diterapkan dihilangkan.
b. Getaran Paksa
Getaran paksa terjadi ketika gaya eksternal diterapkan pada benda selain gravitasi. Meskipun massa, koefisien redaman, atau kekakuan benda kecil, getaran paksa dapat terjadi. Apa yang membedakan getaran paksa dengan getaran bebas adalah bahwa gaya eksternal diterapkan selama beberapa bagian dari setiap siklus.
c. Getaran Teredam
Getaran teredam muncul ketika gaya luar diatur sehingga benda berhenti sebelum mencapai posisi setimbangnya. Agar getaran teredam dapat terjadi, koefisien massa, kekakuan, dan redaman harus besar. Jenis getaran ini juga dapat diamati pada getaran bebas jika koefisien redamannya besar.
d. Getaran yang Tidak Teredam
Getaran tak teredam adalah bentuk getaran yang paling sederhana, dimana benda berosilasi dengan bebas tanpa terpengaruh oleh gaya disipatif. Gerakannya maju mundur atau naik turun tanpa ada kehilangan energi. Sistem suspensi mobil yang tidak rusak dan berfungsi dengan baik berfungsi sebagai peredam getaran yang tidak teredam.
e. Redaman Kritis
Redaman kritis terjadi ketika benda kembali ke posisi semula tepat ketika gaya ke bawah berikutnya mencapainya. Gaya total menjadi nol, menyebabkan benda tetap diam. Banyak sistem mekanis, seperti suspensi mobil dan peredam kejut, menunjukkan redaman kritis.
f. Getaran Berlebihan
Getaran berlebih terjadi ketika benda kembali ke posisi semula setelah jangka waktu tertentu.
g. Getaran Acak
Getaran acak mengacu pada gerakan yang tidak dapat diprediksi, timbul dari masukan yang tidak pasti, bukan bentuk mode yang melekat atau frekuensi alami. Halpaugh menjelaskan contoh seperti kendaraan di jalan bergelombang, ketinggian gelombang laut, atau beban sayap pesawat selama penerbangan. Menganalisis respons struktural terhadap getaran acak sering kali melibatkan metode statistik atau probabilistik, yang sifatnya didefinisikan sebagai proses stasioner.
h. Ketidakseimbangan Rotasi
Ketidakseimbangan rotasi mengacu pada distribusi massa yang tidak merata di sekitar sumbu rotasi. Benda yang berputar menjadi tidak seimbang jika pusat massanya menyimpang dari sumbu rotasi geometriknya.
Jenis Getaran Bebas
Macam-macam getaran bebas antara lain:
a. Getaran Harmonik
Getaran harmonik merupakan jenis getaran paling sederhana yang bercirikan frekuensi tunggal atau harmonik. Mereka umumnya diamati dalam sistem berosilasi seperti pendulum atau pegas. Karena kesederhanaannya, getaran harmonik dipelajari dan digunakan secara ekstensif dalam aplikasi teknik, menjadikannya ideal untuk pengujian dan perancangan sistem baru.
b. Getaran Torsi
Getaran torsional melibatkan gerakan memutar atau menekuk dan lebih jarang terjadi dibandingkan getaran harmonik. Mereka dapat ditemukan di berbagai komponen mekanis, termasuk mesin mobil dan bilah turbin. Meskipun penting untuk aplikasi tertentu, getaran torsional lebih sulit untuk dihasilkan dan dipelajari dibandingkan dengan getaran harmonik.
c. Getaran Lateral & Longitudinal
Getaran lateral mencakup gerakan maju mundur atau dari sisi ke sisi. Sebaliknya, getaran longitudinal (membujur) disebabkan oleh ketidakseimbangan pada bagian-bagian mesin yang berputar, sehingga menyebabkan poros bergetar pada frekuensi alaminya. Getaran memanjang dapat berbahaya karena dapat menyebabkan mesin terguncang atau lepas.
Metode untuk Menganalisis Getaran
Berbagai metode untuk menganalisis getaran adalah:
a. Metode Kesetimbangan
Metode kesetimbangan menggunakan prinsip energi untuk mempelajari getaran bebas. Dengan memastikan bahwa energi kinetik dan energi potensial benda seimbang pada setiap titik sepanjang lintasannya, gaya total dipertahankan pada nol. Pendekatan ini menggunakan hukum kedua Newton tentang gerak untuk menentukan gaya yang bekerja pada setiap elemen dalam sistem. Perpindahan, kecepatan, dan percepatan dapat diperoleh dengan mencari posisi kesetimbangan dan menyelesaikan koefisien massa dan kekakuan. Metode ini dapat diterapkan pada sistem derajat kebebasan tunggal (Single Degree of Freedom) dan sistem kebebasan multi derajat (Multi-Degree of Freedom).
b. Metode Energi
Metode energi adalah pendekatan yang lebih maju dan mempertimbangkan disipasi energi dalam sistem selama getaran.
c. Metode Rayleigh
Metode Rayleigh menggabungkan sifat gelombang struktur ke dalam analisis getaran.
Penerapan Getaran Mekanis
Penerapan Getaran Mekanik antara lain:
a. Identifikasi sistem
Analisis getaran digunakan dalam pemantauan kesehatan struktural untuk menghitung massa, kekakuan, dan redaman sistem getaran.
b. Desain komponen
Dalam desain komponen mobil, pertimbangan getaran mesin sangat penting untuk memastikan getaran tersebut tidak cocok dengan komponen lain, agar mencegah kegagalan seperti kendornya baut.
c. Pemeliharaan Prediktif
Getaran mekanis digunakan untuk memantau kondisi mesin dan peralatan. Dengan menganalisis pola getaran, para insinyur dapat mendeteksi potensi kesalahan atau cacat pada sistem, sehingga memungkinkan pemeliharaan tepat waktu dan mencegah kerusakan yang memakan biaya besar.
d. Analisis Struktural
Getaran digunakan untuk menganalisis perilaku dan stabilitas struktur seperti bangunan, jembatan, dan menara. Memahami respons dinamis dari struktur ini membantu dalam merancang konstruksi yang lebih aman dan efisien.
e. Pengendalian Kebisingan
Analisis getaran digunakan dalam teknik pengendalian kebisingan untuk mengurangi kebisingan akibat getaran yang dihasilkan oleh mesin dan peralatan. Dengan mengidentifikasi dan memitigasi sumber getaran berlebihan, tingkat kebisingan dapat dikurangi sehingga menghasilkan pengoperasian yang lebih senyap.
Kesimpulan
Getaran mekanis mengacu pada osilasi (ayunan) atau gerakan/variasi berulang dari sistem mekanis pada posisi kesetimbangan. Getaran ini dapat terjadi pada berbagai sistem teknik, termasuk mesin, struktur, kendaraan, dan komponen mekanis lainnya.
Peralatan Pendidikan Teknik untuk Mempelajari Getaran
Labora Teknika Saintifika menawarkan produk untuk mempelajari getaran yang lengkap, Universal Vibration Apparatus.
Alat ini digunakan untuk mempelajari berbagai macam percobaan getaran yaitu pendulum, pegas massa, getaran bebas dan paksa, getaran lateral, getaran puntir, getaran dengan dan tanpa redaman. Peralatan ini juga terdiri dari unit dasar yang digunakan dengan aksesori (opsional) untuk eksperimen individual.
Kemampuan Eksperimen dari Universal Vibration Apparatus:
- Studi pendulum sederhana
- Studi pendulum majemuk
- Studi pendulum Kater
- Studi suspensi Bifilar dan Trifilar
- Pusat studi perkusi
- Studi sistem Mass-Spring
- Penentuan pusat perkusi
- Studi getaran torsi
- Studi Getaran Lateral
- Getaran paksa
- Getaran bebas
- Getaran teredam
- Rasio redaman
- Tunjukkan penyerapan getaran
- Studi rasio frekuensi vs amplitudo dan sudut fase
Temukan beragam peralatan pendidikan teknik lainnya hanya di www.labts.co.id
