Pemahaman Hubungan Stres Regangan untuk Bahan Elastis Linier
Memahami Hubungan Tegangan Regangan untuk Bahan Elastis Linear
Di dunia ilmu material, memahami bagaimana bahan merespons gaya eksternal sangatlah penting. Pemahaman ini tercermin dalam hubungan tegangan regangan, terutama untuk bahan elastis linear. Jika Anda pernah bertanya tanya mengapa sebuah jembatan dapat menopang beban besar atau mengapa logam bengkok di bawah sejumlah gaya tertentu, Anda sedang menjajaki wilayah tegangan dan regangan.
Apa itu Tegangan?
Tegangan, yang diwakili oleh huruf Yunani sigma (σ), adalah ukuran gaya yang diterapkan pada suatu satuan area di dalam material. Ini seperti seberapa keras Anda mendorong atau menarik sesuatu, dibagi dengan area di mana gaya bekerja. Satuan standar untuk mengukur tegangan adalah Pascal (Pa), meskipun juga dapat dinyatakan dalam Newton per meter persegi (N/m²).
Secara matematis, tegangan dapat dinyatakan sebagai:
σ = F / ADi mana:
F: Gaya yang diterapkan (dalam Newton, N)A: Luas penampang (dalam meter persegi, m²)
Apa itu Regangan?
Regangan, yang diwakili oleh huruf Yunani epsilon (ε), menggambarkan deformasi material. Ketika Anda meregangkan atau menekan material, regangan mengukur seberapa banyak panjangnya berubah relatif terhadap panjang aslinya. Regangan tidak berdimensi karena merupakan rasio panjang.
Secara matematis, regangan dapat dinyatakan sebagai:
ε = ΔL / L₀Di mana:
ΔL: Perubahan panjang (dalam meter, m)L₀: Panjang asli (dalam meter, m)
Hukum Hooke: Tulang Punggung Elastisitas Linear
Dalam ranah bahan elastis linear, hubungan antara tegangan dan regangan sangatlah sederhana dan linear, berkat Hukum Hooke. Diberi nama dari fisikawan Inggris abad ke 17 Robert Hooke, Hukum Hooke menyatakan:
σ = E * εDi mana:
σ: Tegangan (Pa)ε: Regangan (tidak berdimensi)E: Modulus Young (Pa)
Modulus Young, yang dinyatakan dengan E, adalah sifat dasar material yang menggambarkan kekakuannya. Nilai E yang lebih tinggi menunjukkan material yang lebih kaku.
Nama Input dan Output:
Perhitungan Tegangan:
- Input:
gaya (dalam Newton, N) - Input:
area (dalam meter persegi, m²) - Output:
tegangan (dalam Pascal, Pa)
Perhitungan Regangan:
- Input:
perubahan panjang (dalam meter, m) - Input:
panjang asli (dalam meter, m) - Output:
regangan (tidak berdimensi)
Perhitungan Hukum Hooke:
- Input:
tegangan (dalam Pascal, Pa) - Input:
regangan (tidak berdimensi) - Input:
Modulus Young (dalam Pascal, Pa) - Output:
tegangan (dalam Pascal, Pa)
Contoh Nyata: Keajaiban Rekayasa Jembatan
Pertimbangkan balok logam jembatan yang dikenai lalu lintas mobil. Insinyur menghitung tegangan yang akan dialami balok dengan menggunakan berat mobil (gaya) dan luas penampang balok.
σ = F / AJika balok awalnya berukuran 10 meter dan meregang sebesar 0,005 meter di bawah beban, regangan akan menjadi:
ε = ΔL / L₀ = 0,005 m / 10 m = 0,0005Dengan asumsi kita mengetahui Modulus Young baja (sekitar 200 GPa), kita dapat menganalisis lebih lanjut perilaku balok. Menggunakan Hukum Hooke:
σ = E * ε = 200 * 109 Pa * 0,0005 = 100 * 106 Pa = 100 MPaContoh Tabel Data Tegangan Regangan
| Gaya (N) | Luas (m²) | Tegangan (Pa) |
|---|---|---|
| 1000 | 0,01 | 100000 |
| 500 | 0,005 | 100000 |
FAQ
Apa keterbatasan Hukum Hooke?
Hukum Hooke hanya berlaku dalam wilayah elastis material, artinya material akan kembali ke bentuk aslinya setelah gaya dihilangkan. Di luar batas elastis, deformasi menjadi plastis dan permanen.
Apa material yang mengikuti Hukum Hooke?
Kebanyakan logam, beberapa keramik, dan polimer tertentu mengikuti Hukum Hooke di bawah regangan kecil, berperilaku sebagai bahan elastis linear.
Ringkasan
Memahami hubungan tegangan regangan untuk bahan elastis linear sangat penting di bidang teknik sipil hingga ilmu material. Ini membantu memprediksi bagaimana bahan akan berperilaku di bawah beban yang berbeda, memastikan keamanan dan fungsi berbagai struktur dan komponen. Dengan menguasai konsep konsep ini, insinyur dapat merancang struktur yang lebih aman dan efisien, menjamin fungsionalitas dan umur panjangnya.
Tags: Ilmu Material, Rekayasa, Fisika