ketika kita menarik karet atau melihat pegas yang ditekan, keduanya akan kembali ke bentuk semula ketika tarikan pada karet dilepaskan atau tekanan pada pegas dilepaskan. Kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan dihilangkan disebut dengan elastisitas atau sifat elastis bendanya disebut dengan benda elastis. Semakin elastis suatu benda maka kecepatan benda tersebut kembali ke bentuk semula akan semakin cepat, akan tetapi pada kondisi tertentu benda – benda tersebut tidak mampu kembali ke bentuknya meskipun gaya luar yang dikerjakan sudah dihilangkan.
Berbeda dengan pada karet atau pegas, jika kita memberikan gaya kepada plastisin, maka plastisin tidak dapat segera kembali ke bentuk semula. Benda – benda yang seperti ini disebut dengan benda tidak elastis atau benda plastis. Baik benda elastis maupun benda plastis sama – sama memiliki fungsi dan kegunaan tersendiri, Pada kesempatan kali ini kita akan membahas tentang elastisitas suatu benda, faktor – faktor yang mempengaruhinya, kapan benda tersebut tidak dapat kembali ke bentuk semula (tidak elastis lagi). Untuk itu silahkan melanjutkan pembahasan singkat di bawah ini.
Tegangan, regangan dan modulus elastisitas
(sumber: physics university)
Ketiga gambar di atas menunjukkan hubungan antara gaya dengan perubahan bentuk yang terjadi. Pada masing – masing perubahan bentuk dipengaruhi oleh besaran tegangan dan regangan. Tegangan adalah besaran yang menghubungkan antara gaya dan perubahan bentuk benda, sedangkan regangan adalah derajat perubahan bentuk yang terjadi akibat adanya tegangan. Regangan ini merupakan perbandingan antara bentuk sebelum dan sesudah adanya tegangan. Perbandingan antara tegangan dan regangan pada suatu benda selalu tetap yang disebut dengan modulus elastis. Secara matematis modulus elastis dapat ditulis sebagai berikut
(sumber: physics university)
Berdasarkan grafik di atas, kita dapat mengetahui bahwa untuk sebuah benda yang mendapatkan tegangan sehingga terjadi regangan terbagi menjadi dua daerah yakni daerah elastis dan daerah plastis, pada daerah elastis benda masih dapat kembali ke bentuknya semula setelah tegangannya dihilangkan (deformasi elastis) akan tetapi pada daerah plastis benda tidak dapat lagi kembali ke bentuk semula ketika tegangannya dihilangkan (deformasi plastis)
Dari titik awal ke titik a menunjukkan antara tegangan dan regangan masih berbanding lurus (sebanding) sehingga grafiknya berbentuk garis lurus, pada keadaan ini masih berlaku hukum Hooke, titik a disebut dengan batas kesebandingan yang artinya ini adalah batas bahwa tegangan sebanding dengan regangan, karena pada grafik dari a ke b tegangan dan regangan sudah tidak lagi sebanding dan hukum Hooke sudah tidak berlaku lagi. Tapi benda masih akan kembali ke bentuk awalnya setelah tegangannya dihilangkan. Ketika kita menaikkan tegangan hingga melewati titik b (sampai titik c) maka benda tidak akan kembali ke panjang awalnya tetapi akan mengikuti garis ungu, panjang benda ketika tegangan dihilangkan akan berubah jika dibandingkan dengan panjang awal benda (sedikit lebih panjang). Pola garis ungu tersebut kita sebut dengan permanent set atau titik permanen. Jika terus dinaikkan hingga melewati titik c maka peningkatan besar apa tegangan hanya akan memberikan peningkatan yang relatif lebih kecil pada regangannya hingga akhirnya benda akan patah pada titik d.
Perhatikan kembali gambar 2 di atas, jika kita hubungkan dengan persamaan di atas, maka kita dapat mengetahui bahwa terdapat tiga jenis modulus yakni
- Modulus Young
- Modulus Bulk
- Modulus Geser (Shear)
Modulus Young
Perhatikan gambar 4a di atas, suatu benda padat ketika diberikan sebuah gaya tegak lurus terhadap suatu permukaan (mengalami tegangan) sehingga benda mengalami regangan yang semula memiliki panjang L menjadi L + ΔL. Besarnya modulus Young dapat ditentukan dengan persamaan
E : Modulus Young (N/m2)
F : Gaya (N)
A : Luas Penampang (m2)
L : Panjang mula-mula (m)
ΔL : Perubahan Panjang (m)
Modulus Bulk
Perhatikan gambar 4b di atas, modulus bulk berkaitan dengan perubahan volume yang terjadi pada suatu benda, besarnya gaya yang yang diberikan secara tegak lurus pada suatu luasan yang menimbulkan tegangan volume (perbandingan antara gaya dan luasan disebut dengan tekanan) akan menyebabkan perubahan volume benda tersebut, perbandingan antara perubahan volume benda dengan volume awal benda disebut dengan regangan volume. Sehingga modulus bulk dapat ditentukan dengan persamaan
B : Modulus Bulk (N/m2)
F : Gaya (N)
A : Luas Penampang (m2)
V : Volume mula-mula (m3)
ΔV : Perubahan volume (m3)
Tanda negatif pada persamaan di atas dimasukkan untuk mendefinisikan agar modulus bulk bernilai positif, karena semakin besar tekanan yang diberikan (F/A bernilai positif) maka volume benda akan semakin kecil (ΔV bernilai negatif)
Modulus Geser
Perhatikan gambar 4c, satu lagi jenis perubahan bentuk yang terjadi pada suatu benda ketika diberikan tegangan yakni ketika suatu gaya diberikan sejajar kepada salah satu permukaan sedangkan permukaan lain ditahan maka akan terjadi pergerseran sehingga ada selisih jarak antara kedua permukaan. Tegangan geser didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya dengan luas penampang sedangkan regangan geser didefinisikan sebagai perbandingan antara jarak pergeseran dan ketinggian benda, secara matematis modulus geser dapat dituliskan
G : Modulus Geser (N/m2)
F : Gaya (N)
A : Luas Penampang (m2)
h : Ketinggian (m)
Δx : jarak pergeseran kedua permukaan (m)
Berdasarkan penjelasan di atas kita dapat menyimpulkan bahwa modulus elastis berkaitan dengan hubungan antara gaya dan perubahan bentuk benda yang terbagi menjadi tiga sesuai dengan perubahan bentuk yang terjadi ada perubahan panjang yang berkaitan dengan modulus Young, perubahan volume yang berkaitan dengn modulus Bulk, dan perubahan berupa pergeseran posisi permukaan benda yang berkaitan dengan modulus geser. Beberapa modulus elastis benda dapat dilihat pada tabel 1 berikut ini
| Benda | Modulus Young (N/m2) |
Modulus Bulk (N/m2) |
Modulus Geser (N/m2) |
| Tungsten | 35 x 1010 | 20 x 1010 | 14 x 1010 |
| Baja | 20 x 1010 | 6 x 1010 | 8,4 x 1010 |
| Tembaga | 11 x 1010 | 14 x 1010 | 4,2 x 1010 |
| Kuningan | 9,1 x 1010 | 6,1 x 1010 | 3,5 x 1010 |
| Aluminium | 7,0 x 1010 | 7,0 x 1010 | 2,5 x 1010 |
| Kaca | 6,5 - 7,8 x 1010 | 5,0 - 5,5 x 1010 | 2,6 - 3,2 x 1010 |
| Kuarsa | 5,6 x 1010 | 2,7 x 1010 | 2,6 x 1010 |
| Air | - | 0,21 x 1010 | - |
| Air Raksa | - | 2,8 x 1010 | - |
Tidak ada komentar:
Posting Komentar