Pemahaman Hubungan Stres Regangan untuk Bahan Elastis Linier
Pemahaman Hubungan Stres Regangan untuk Bahan Elastis Linier
Dalam dunia ilmu material, memahami bagaimana material merespons gaya eksternal sangatlah penting. Pemahaman ini tercermin dalam hubungan tegangan-regangan, terutama untuk material elastis linier. Jika Anda pernah bertanya-tanya mengapa jembatan dapat mendukung berat yang besar atau mengapa logam membengkok di bawah jumlah gaya tertentu, Anda sedang memasuki wilayah tegangan dan regangan.
Apa itu Stres?
Stres, yang dilambangkan dengan huruf Yunani sigma (σ), adalah ukuran gaya yang diterapkan per satuan area dalam bahan. Ini seperti seberapa kuat Anda mendorong atau menarik sesuatu, dibagi dengan area di mana gaya tersebut beraksi. Satuan standar untuk mengukur stres adalah Pascal (Pa), meskipun dapat juga dinyatakan dalam Newton per meter persegi (N/m²).
Secara matematis, stres dapat dinyatakan sebagai:
σ = F / ADi mana:
FGaya yang diterapkan (dalam Newton, N)ALuas penampang (dalam meter persegi, m²)
Apa itu Regangan?
Regangan, yang dilambangkan dengan huruf Yunani epsilon (ε), menggambarkan deformasi bahan. Ketika Anda meregangkan atau mengompres bahan, regangan mengukur seberapa banyak panjangnya berubah relatif terhadap panjang aslinya. Regangan tidak memiliki dimensi karena merupakan rasio panjang.
Secara matematis, regangan dapat dinyatakan sebagai:
ε = ΔL / L₀Di mana:
ΔLPerubahan panjang (dalam meter, m)L₀Panjang asli (dalam meter, m)
Hukum Hooke: Tulang Punggung Elastisitas Linier
Dalam ranah bahan elastis linier, hubungan antara stres dan regangan sangat sederhana dan linier, berkat Hukum Hooke. Dinamai setelah fisikawan Inggris abad ke-17 Robert Hooke, Hukum Hooke menyatakan:
σ = E * εDi mana:
σTegangan (Pa)εRegangan (tanpa dimensi)eModulus Young (Pa)
Modulus Young, dilambangkan dengan emerupakan sifat dasar bahan yang menggambarkan kekakuan mereka. Nilai yang lebih tinggi dari e tunjukkan bahan yang lebih kaku.
Nama Input dan Output:
Perhitungan Stres:
- Input:
gaya (dalam Newton, N) - Input:
area (dalam meter persegi, m²) - {
stress (dalam Pascal, Pa)
Perhitungan Regangan:
- Input:
perubahan panjang (dalam meter, m) - Input:
panjang asli (dalam meter, m) - {
regangan (tanpa dimensi)
Perhitungan Hukum Hooke:
- Input:
stress (dalam Pascal, Pa) - Input:
regangan (tanpa dimensi) - Input:
Modulus Young (dalam Pascal, Pa) - {
stress (dalam Pascal, Pa)
Contoh Kehidupan Nyata: Keajaiban Rekayasa Jembatan
Pertimbangkan balok logam jembatan yang terpapar lalu lintas mobil. Insinyur menghitung stres 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, maka 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 tersebut. Menggunakan Hukum Hooke:
σ = E * ε = 200 * 109 Pa * 0,0005 = 100 * 106 Pa = 100 MPaContoh Tabel Data Tegangan-Tegangan
| Gaya (N) | Luas (m²) | Tegangan (Pa) |
|---|---|---|
| 1000 | 0,01 | 100000 |
| 500 | 0,005 | 100000 |
FAQ
Apa batasan dari Hukum Hooke?
Hukum Hooke hanya berlaku dalam daerah elastis dari material, yang berarti material akan kembali ke bentuk aslinya setelah gaya dihilangkan. Di luar batas elastis, deformasi menjadi plastik dan permanen.
Bahan yang mengikuti Hukum Hooke adalah bahan elastis, di mana gaya pemulihan sebanding dengan deformasi yang dialami hingga batas elastisnya. Contoh bahan yang mengikuti Hukum Hooke termasuk: Baja Karet Kawat Spring (pegas) Namun, penting untuk dicatat bahwa tidak semua material memperlihatkan perilaku ini secara sempurna. Setelah batas elastis terlampaui, bahan dapat mengalami deformasi permanen.
Sebagian besar logam, beberapa keramik, dan polimer tertentu mengikuti Hukum Hooke di bawah regangan kecil, berperilaku sebagai bahan elastis linier.
Ringkasan
Memahami hubungan stres-regangan untuk bahan elastis linier sangat penting dalam bidang yang berkisar dari teknik sipil hingga ilmu material. Ini membantu memprediksi bagaimana bahan akan berperilaku di bawah beban yang berbeda, memastikan keselamatan dan fungsionalitas berbagai struktur dan komponen. Dengan menguasai konsep-konsep ini, para insinyur dapat merancang struktur yang lebih aman dan lebih efisien, menjamin fungsionalitas dan umur panjang mereka.
Tags: Ilmu Material, Rekayasa, Fisika