Tegangan dan Regangan

B. Tegangan dan Regangan

Perubahan bentuk dan ukuran benda bergantung pada arah dan letak gaya luar yang diberikan. Ada beberapa jenis deformasi yang bergantung pada sifat elastisitas

benda, antara lain tegangan (stress) dan regangan (strain). L 0 Perhatikan Gambar 3.4 yang menunjukkan sebuah benda

elastis dengan panjang L 0 dan luas penampang

A diberikan

gaya

F sehingga bertambah panjang ' L . Dalam keadaan

ini, dikatakan benda mengalami tegangan. 'L Tegangan menunjukkan kekuatan gaya yang menyebabkan

perubahan bentuk benda. Tegangan (stress) didefinisikan sebagai

Gambar 3.4 Benda elastis

perbandingan antara gaya yang bekerja pada benda dengan

dengan pertambahan

luas penampang benda. Secara matematis dituliskan:

panjang Ä L .

ó = F .............................................................. (3.1) A

dengan: ó = tegangan (Pa)

F = gaya (N)

A = luas penampang (m 2 )

Bab 3 Pengaruh Gaya pada Elastisitas Bahan

"'

Satuan SI untuk tegangan adalah pascal (Pa), dengan konversi:

1 newton 1 pascal = 2

2 atau 1 Pa = 1 N/m

1 m eter

Tegangan dibedakan menjadi tiga macam, yaitu

tanpa tegangan

regangan, mampatan, dan geseran, seperti ditunjukkan Gambar 3.5.

F F Adapun regangan (strain) didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang batang

d engan panjang mula-mula dinyatakan:

F F dengan:

e = regangan 'L = pertambahan panjang (m)

L = panjang mula-mula (m)

mampatan

F Regangan merupakan ukuran mengenai seberapa jauh batang tersebut berubah bentuk. Tegangan diberikan pada materi dari arah luar, sedangkan regangan adalah tanggapan materi terhadap tegangan. Pada daerah elastis, besarnya

F tegangan berbanding lurus dengan regangan. Perbandingan

antara tegangan dan regangan benda tersebut disebut modulus elastisitas atau modulus Young. Pengukuran

geseran

Gambar 3.5 Jenis-jenis tegangan.

modulus Young dapat dilakukan dengan menggunakan gelombang akustik, karena kecepatan jalannya bergantung pada modulus Young. Secara matematis dirumuskan:

E= V ............................................................... (3.3)

A E= ' L

FL E= . ............................................................... (3.4)

dengan:

E 2 = modulus Young (N/m )

F = gaya (N) L = panjang mula-mula (m)

'L = pertambahan panjang (m)

A 2 = luas penampang (m )

Fisika XI untuk SMA/MA

Nilai modulus Young hanya bergantung pada jenis benda (komposisi benda), tidak bergantung pada ukuran atau bentuk benda. Nilai modulus Young beberapa jenis bahan dapat kalian lihat pada Tabel 3.1. Satuan SI untuk

E adalah pascal (Pa) atau Nm 2 .

Tegangan dibedakan dengan regangan:

Tabel 3.1 Nilai modulus Young beberapa jenis bahan - Tegangan T

gaya ( . ) = B a h a n

luas penampang ( ) )

- Regangan e

A l u m i n i u m 7 0 x 1 0 9 perubahan panjang ( ' L ) B a j a 2 0 0 x 1 0 9 = B e s i , g i p s

1 0 0 x 1 0 9 panjang mula mula ( ) L B e t o n

N li o n

Kegiatan

Tujuan

: Menentukan modulus elastisitas dari berbagai jenis logam.

Alat dan bahan : Dial gauge, pegangan dial gauge, batang logam datar, set beban dan penggantung

beban, statif, jangka sorong, penggaris. Cara Kerja:

1. Ukur lebar, tebal, dan panjang batang.

2 . Susunlah alat-alat seperti gambar di samping.

3. Ukurlah perubahan jarak lentur pada dial gauge untuk L berbeda dan beban yang sama.

4. Ulangilah langkah no. 3 untuk L yang berbeda- beda dan beban yang sama.

Diskusi:

1. Buatlah tabel data pengamatan kemudian catatlah hasil percobaan tersebut pada tabel yang telah kalian buat!

2 . Apakah yang dimaksud modulus elastisitas?

3. Bagaimana cara menghitung modulus elastisitas?

Contoh Soal Kawat piano dari baja panjangnya 1,6 m dengan diameter 0,2 cm dan modulus

11 Young 2 2 u 10 N/m . Ketika dikencangkan kawat meregang 0,3 cm. Berapakah besarnya gaya yang diberikan?

Bab 3 Pengaruh Gaya pada Elastisitas Bahan

Penyelesaian:

D iketahui: 2 L = 1,6 m E=2 u 10 11 N/m

d = 0,2 cm = 2 u 10 -3 m

'L = 0,3 cm = 3 u 10 -3 m

D itanya:

F = ... ?

1 Jawab: 1 r =

2 d = 2 (2 u 10 -3 ) = 10 -3 2 m

2 A=Sr 2 = 3,14 (1 u 10 -3 ) m = 3,14 u 10 -6 m

F= EAL .. ' (2 10 )(3,14 10 )(3 10 ) u u u = = 1.177,5 N

Uji Kemampuan 3.2

Sebuah kawat dengan diameter 4 mm dan panjang 80 cm digantungkan dan

d iberi beban 3 kg. Jika pertambahan panjang kawat adalah 5 mm, tentukan:

a. tegangan kawat,

b. regangan kawat, dan

c. modulus Young kawat!

Percikan Fisika

Pembangunan Tembok Tali, rantai, atau kawat dapat dimanfaatkan jika dalam

keadaan tegang. Sementara itu, batu bata dapat di- manfaatkan jika dalam keadaan mampat. Jika batu bata dimampatkan, ia akan memberikan gaya balik yang setara. Itulah dasar pembangunan tembok. Bobot batu bata, ditambah muatan seperti lantai dan atap, menekan bata bersamaan dan membentuk struktur kuat. Semen yang diselipkan di antara bata hanya untuk menyebarkan beban agar merata di seluruh permukaannya.