Sejarah Teknik Mesin
Teknik mesin adalah studi tentang peralatan dan mesin yang memanfaatkan gaya dan gerak.
Teknik mesin adalah salah satu disiplin ilmu teknik tertua dan terpenting, karena mencakup banyak subbidang teknik penting dan telah melahirkan beberapa teknologi terpenting dalam peradaban modern.
Studi teknik mesin sangat interdisipliner, karena fisika dan matematika merupakan alat yang penting dan mendasar untuk merancang mesin yang dapat menggunakan gaya atau energi mekanik, karena keduanya menyediakan landasan teoritis mekanika.
Sejarah teknik mesin dapat ditelusuri kembali ribuan tahun, tetapi muncul sebagai bidang yang berbeda selama Revolusi Industri di Eropa pada abad ke-18.
Perkembangan awal
1. Mesin sederhana
Mesin sederhana adalah perangkat dengan sedikit atau tanpa bagian yang bergerak yang digunakan untuk memodifikasi gerakan dan besarnya gaya guna melakukan kerja. Mereka adalah mekanisme paling dasar yang dapat menggunakan keuntungan mekanis untuk meningkatkan gaya. Mesin sederhana meliputi bidang miring, tuas, baji, roda dan poros, katrol, dan sekrup.
Bidang Miring
Bidang miring terdiri dari permukaan miring yang digunakan untuk mengangkat benda berat. Keuntungan mekanisnya adalah gaya yang diperlukan untuk memindahkan objek ke atas bidang miring lebih kecil daripada berat yang diangkat (dengan mengabaikan gesekan).
Semakin curam kemiringan, semakin besar gaya yang dibutuhkan mendekati berat sebenarnya.
Secara matematis, gaya (F) yang diperlukan untuk memindahkan blok (D) ke atas bidang miring tanpa gesekan sama dengan beratnya (W) dikalikan dengan sinus sudut yang dibentuk bidang miring dengan horizontal (θ).
Persamaannya adalah F = W sin θ.
Tuas
Tuas adalah batang atau papan yang bertumpu pada penopang yang disebut titik tumpu.
 |
| Archimedes'-Lever.png - Wikimedia Commons |
Gaya ke bawah yang diberikan pada satu ujung tuas dapat ditransfer dan ditingkatkan ke arah atas di ujung lainnya, memungkinkan gaya kecil untuk mengangkat beban berat.
Semua orang pada masa awal menggunakan tuas dalam beberapa bentuk, misalnya, untuk memindahkan batu besar atau sebagai tongkat penggali untuk budidaya lahan.
 |
| Gambar Shadoof (Sumber Openclipart) |
 |
| Gambar Swape (sumber Flickr) |
Prinsip tuas digunakan dalam swape, atau shadoof, sebuah tuas panjang yang diputar dekat salah satu ujungnya dengan platform atau wadah air yang tergantung dari lengan pendek dan pemberat yang terpasang pada lengan panjang.
Seorang pria dapat mengangkat beberapa kali berat badannya sendiri dengan menarik lengan panjang ke bawah. Perangkat ini dikatakan telah digunakan di Mesir dan India untuk mengangkat air dan mengangkat tentara di atas benteng sejak sekitar 1500 SM.
Baji
Baji adalah objek yang meruncing ke tepi tipis. Mendorong baji ke satu arah menciptakan gaya ke arah samping. Biasanya terbuat dari logam atau kayu dan digunakan untuk membelah, mengangkat, atau mengencangkan, seperti dalam mengamankan kepala palu ke pegangan. Baji digunakan pada zaman prasejarah untuk membelah kayu dan batu; kapak juga merupakan baji, seperti halnya gigi pada gergaji. Dalam hal fungsinya secara mekanis, sekrup dapat dianggap sebagai baji yang dililitkan di sekitar silinder.
Roda dan Poros
Di masa lalu, "roda dan poros" merupakan penemuan penting yang sudah ada sejak ribuan tahun lalu, dengan bukti paling awal menunjukkan perkembangannya di Mesopotamia kuno (Irak modern) sekitar tahun 3500 SM, tempat roda dan poros awalnya digunakan dalam roda tembikar sebelum diaplikasikan pada transportasi kereta dan gerobak; roda dan poros memainkan peran penting dalam peradaban Mesir dan Sumeria kuno untuk pertanian, konstruksi, dan keperluan militer, dan disempurnakan lebih lanjut oleh orang Yunani dan Romawi, menjadi komponen dasar transportasi dan permesinan sepanjang sejarah.
Roda dan poros terdiri dari bingkai melingkar (roda) yang berputar pada poros atau batang (poros). Dalam bentuk paling awal, kemungkinan digunakan untuk mengangkat beban atau ember air dari sumur. Prinsip operasinya dijelaskan dengan perangkat yang memiliki roda gigi besar dan kecil yang terpasang pada poros yang sama. Kecenderungan gaya (F) yang diterapkan pada radius (R) pada roda gigi besar untuk memutar poros cukup untuk mengatasi gaya yang lebih besar (W) pada radius (r) pada roda gigi kecil. Amplifikasi gaya, atau keuntungan mekanis, sama dengan rasio antara kedua gaya (W:F) dan juga sama dengan rasio radius kedua roda gigi (R:r).
Katrol
 |
| Dalam teater kuno, frasa ‘deus ex machina‘ sebenarnya merujuk pada sebuah derek (crane) yang disebut μηχανή (istilah Yunani yang menjadi asal kata “mesin”) yang digunakan untuk menggantung dan kemudian menurunkan orang ke atas panggung selama pertunjukan drama, Sistem katrol digunakan untuk penyelesaian dramatis dan sering kali bersifat ilahi, tetapi sistem ini juga merupakan bagian integral dari praktik pembangunan di dunia kuno. |
Katrol terdiri dari roda yang berputar pada poros dengan tali atau kabel yang berjalan di sekelilingnya. Katrol digunakan untuk mengubah arah gaya yang diterapkan dan dapat memberikan keuntungan mekanis, terutama ketika digunakan dalam sistem katrol majemuk. Dalam sistem seperti itu, gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban dapat dikurangi secara signifikan.
Sekrup
Sekrup adalah bidang miring yang dililitkan di sekitar silinder, membentuk ulir. Sekrup digunakan untuk mengubah gerakan rotasi menjadi gerakan linear dan dapat memberikan keuntungan mekanis yang besar. Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti mengencangkan benda bersama-sama atau mengangkat beban berat.
 |
| Alat pengepres Zaitun pada zaman Romawi ( Sumber : Wikipedia ) |
Sejarah Sekrup adalah Diperkirakan bahwa orang Yunani telah menemukan sekrup pada abad ke-5 SM. Pada abad ke-1 SM, orang Yunani dan Romawi menggunakan mesin pres sekrup untuk mengepres pakaian, buah zaitun, dan anggur. Orang Romawi menemukan sekrup pertama untuk mengepres kayu. Sekrup kayu ini terbuat dari perunggu atau perak. Mereka membuat ulir dengan mengikirnya, atau dengan menyolder kawat yang telah dililitkan secara spiral. Namun, sekrup tersebut hilang seiring dengan jatuhnya Kekaisaran Romawi.
 |
| Konsep Sekrup Archimedes ( Dasar dari Pompa air ) |
Referensi tertulis pertama tentang sekrup ada pada awal tahun 1400-an. Pada akhir tahun 1400-an, John Guttenberg menggunakan sekrup untuk menyatukan mesin cetaknya yang terkenal. Dan tampaknya tidak ada yang memperhatikan rancangan Leonardo Da Vinci dari sekitar waktu yang sama (akhir tahun 1400-an) untuk mesin yang dapat memotong sekrup, karena mesin pertama semacam itu dibuat pada tahun 1568 oleh seorang matematikawan Prancis, Jaques Besson.
Mur dan baut pertama muncul pada pertengahan tahun 1400-an. Baut tersebut hanyalah sekrup dengan sisi lurus dan ujung tumpul. Mur tersebut dibuat dengan tangan, dan sangat kasar. Ketika ditemukan kecocokan antara mur dan baut, keduanya disatukan hingga dipasang dengan cara yang rumit.
Dan inilah masalah yang coba dipecahkan oleh William Sellers, ketika ia berdiri pada tanggal 21 April 1864, di ruang kuliah Franklin Institute di Philadelphia. Sellers adalah salah satu masinis dan pembuat perkakas terbaik saat itu. Saat itu, industri perkakas mesin adalah teknologi paling modern saat itu. Sellers menyebut ceramahnya, "Tentang Standar Ulir Sekrup yang Seragam". Ia mengeluh bahwa mur, baut, dan sekrup Amerika semuanya dibuat secara individual dengan tangan, dan bahwa semuanya masih harus disesuaikan dengan tangan hingga ditemukan kecocokannya. Baut atau sekrup mesin yang dibuat di satu bengkel mesin tidak akan pas dengan mur yang dibuat di bengkel mesin lain.
Di seberang Atlantik di Inggris, seseorang bernama Joseph Whitworth telah mengusulkan sekrup standar, dan , Woolwich Arsenal telah menggunakan Sekrup Whitworth miliknya sejak 1841 - sekitar 23 tahun sebelum Sellers meminta standar untuk sekrup.
Namun Sellers tidak menyukai bentuk ulir Sekrup Whitworth. Setiap lilitan ulir Whitworth tampak seperti piramida kecil, tetapi dengan sudut di puncak piramida sebesar 55o, dan puncak piramida yang sebenarnya dibulatkan dengan hati-hati. Diperlukan "tiga jenis pemotong dan dua jenis mesin bubut" untuk membuat Sekrup Whitworth. Sellers mengusulkan agar piramida ulir tersebut memiliki sudut 60o (yang mudah dibuat dan diukur karena merupakan salah satu sudut segitiga sama sisi). Ia juga mengusulkan agar bagian atas piramida diratakan, yang jauh lebih mudah dibuat daripada bagian atas yang bundar dan mewah. Ia mengklaim bahwa ulirnya hanya memerlukan satu pemotong dan satu mesin bubut - dan karenanya akan lebih mudah, lebih cepat, dan yang terpenting, lebih murah untuk dibuat.
Pada tahun 1883, perusahaan kereta api Amerika menjadi perusahaan terbesar di AS - dan hampir semuanya menggunakan ulir sekrupnya. Hal ini memaksa semua pemasok untuk perusahaan kereta api tersebut untuk juga menggunakan ulir sekrup barunya.
Kemenangan terakhir ulir Amerika atas ulir Whitworth yang bersaing terjadi karena Perang Dunia II. Pada musim dingin di belahan bumi utara tahun 1941-42, tank-tank Jerman dari Divisi Panzer bertempur melawan tank-tank Angkatan Darat ke-8 Inggris di Afrika. Di kedua sisi, tank-tank tersebut rusak karena baut dan sekrupnya aus dan kendur. Pabrik-pabrik Amerika mengirim berton-ton baut dan sekrup ke garis depan - tetapi baut dan sekrup itu tidak muat untuk tank-tank Inggris. Jadi selama sisa perang, pabrik-pabrik Amerika harus menjalankan dua jalur terpisah - satu untuk ulir sekrup Inggris dan satu untuk ulir sekrup Amerika. Semua orang setuju bahwa memiliki sekrup yang tidak cocok adalah alasan yang sangat bodoh untuk kalah dalam perang, jadi pada tahun 1948, Inggris setuju untuk menggunakan Sellers Thread, yang saat itu sudah disebut "Standar AS".
Jadi dari pidato singkat pada tanggal 21 April 1864, tentang upaya membuat mur pas dengan baut, saat ini, kita memiliki lebih dari 800.000 Standar berbeda yang digunakan di planet kita. Standar tersebut mencakup segala hal mulai dari bensin hingga kertas, dari cup bra hingga baterai, dari alkohol hingga susu, dan bahkan hamburger cepat saji yang diwaralabakan secara internasional.
Mesin sederhana ini adalah dasar dari banyak mesin yang lebih kompleks dan telah digunakan sepanjang sejarah untuk mempermudah pekerjaan manusia.
Revolusi Industri
Revolusi Industri adalah periode transformasi besar dalam sektor industri, ekonomi, dan teknologi yang terjadi antara abad ke-18 hingga ke-20. Revolusi ini menandai peralihan dari sistem produksi manual ke sistem berbasis mesin, yang membawa perubahan signifikan dalam kehidupan manusia, ekonomi global, dan perkembangan teknologi.
Tahapan Revolusi Industri
Revolusi Industri terjadi dalam beberapa tahapan, masing-masing ditandai oleh inovasi dan perubahan teknologi yang berbeda:
Revolusi Industri Pertama (1760–1840)
Revolusi Industri pertama dimulai di Inggris dengan penggunaan mesin uap, yang menggantikan tenaga manusia dan hewan dalam produksi. Beberapa inovasi utama pada periode ini adalah:- Mesin uap oleh James Watt, yang meningkatkan efisiensi produksi.
- Mesin pemintal Spinning Jenny oleh James Hargreaves, yang merevolusi industri tekstil.
- Pembangunan jalur kereta api dan kapal uap yang mempercepat transportasi barang dan manusia.
Revolusi Industri Kedua (1870–1914)
Pada tahap ini, terjadi perkembangan dalam bidang listrik, kimia, dan produksi massal. Beberapa inovasi utama meliputi:- Penggunaan listrik dalam industri dan rumah tangga.
- Penemuan mesin pembakaran dalam, yang menjadi dasar bagi mobil dan transportasi modern.
- Produksi massal oleh Henry Ford dengan konsep assembly line, yang membuat barang lebih murah dan mudah diakses.
Revolusi Industri Ketiga (1950–2000)
Revolusi ini ditandai oleh kemajuan dalam teknologi digital dan komputer. Beberapa aspek penting dalam periode ini adalah:- Komputer dan internet, yang mengubah cara manusia bekerja dan berkomunikasi.
- Otomatisasi dan robotika, yang meningkatkan efisiensi produksi.
- Teknologi komunikasi, seperti ponsel dan satelit, yang menghubungkan dunia lebih cepat.
Revolusi Industri Keempat (Industri 4.0)
Saat ini, dunia sedang mengalami Revolusi Industri Keempat, yang mengintegrasikan teknologi digital, kecerdasan buatan (AI), dan internet dalam berbagai aspek kehidupan. Beberapa inovasi utama adalah:- Internet of Things (IoT), yang memungkinkan perangkat terhubung dan berkomunikasi secara otomatis.
- Kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin, yang mengubah cara kerja bisnis dan industri.
- Teknologi 3D printing dan manufaktur cerdas, yang memungkinkan produksi yang lebih fleksibel dan personalisasi produk.
3. Teknik mesin modern
a. Fisika
Perkembangan fisika pada abad ke-19 menyebabkan perkembangan ilmu teknik mesin. Nanoteknologi
Insinyur mekanik saat ini tengah mengembangkan nanoteknologi, komposit, dan mekatronika.
b. Rekayasa biomedis
Insinyur mekanik dapat bekerja di bidang rekayasa biomedis, yang meliputi biomekanik, bionanoteknologi, dan pemodelan sistem biologis.