Physics Classroom

Pada pembahasan sebelumnya, kita telah belajar mengenai Hukum Hooke dan Elastisitas. Sekarang, mari kita pelajari secara lebih mendalam mengenai perubahan bentuk benda ketika diberikan gaya. Apabila sebuah benda diberikan dua gaya sejajar yang sama besar tetapi berlawanan arah, di mana masing-masing gaya bekerja pada kedua ujung benda maka bentuk benda akan berubah. Dalam kehidupan sehari-hari, terdapat tiga jenis perubahan bentuk benda akibat adanya gaya tersebut. Mari kita tinjau ketiga jenis perubahan bentuk ini…

Jika sebuah benda digantungkan secara vertikal dan pada ujung bawah benda dikenai gaya, maka benda akan mengalami pertambahan panjang (Amati gambar di bawah). Amati bahwa pada ujung bawah benda tersebut bekerja sebuah gaya luar yang arahnya ke bawah. pada kondisi ini benda berada dalam kesetimbangan setelah bertambah panjang sejauh delta L. Berdasarkan hukum II Newton, jika sebuah benda berada dalam kesetimbangan, maka pasti ada gaya ke atas yang mengimbangi gaya ke bawah yang bekerja pada ujung bawah benda. Lalu apa yang memberikan gaya ke atas ? bisa kita tebak, gaya tersebut pasti diberikan oleh ujung atas benda tersebut. Dengan demikian, ketika sebuah benda diberikan gaya luar maka akan timbul gaya dalam alias gaya internal pada benda itu sendiri. Ini adalah gaya tegangan. (Ingat kembali pembahasan mengenai tegangan tali pada pokok bahasan hukum Newton). Kedua gaya ini bukan aksi reaksi, karena bekerja pada benda yang sama.

Benda di atas dikatakan mengalami tarikan atau tegangan tarik. Perubahan bentuk benda di atas dinamakan regangan. Regangan merupakan perubahan bentuk benda yang terjadi jika dua gaya yang sama besar dan berlawanan arah diberikan pada kedua ujung benda, dengan arah menjahui benda, sehingga benda bertambah panjang sejauh delta L. Regangan alias perubahan bentuk yang disebabkan oleh tegangan tarik merupakan salah satu jenis tegangan yang dialami benda.

Selain tegangan tarik, terdapat jenis tegangan lain yang dikenal dengan julukan tegangan tekan. Tegangan tekan berlawanan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan tarik, arah kedua gaya menjahui ujung benda (kedua gaya saling manjahui), maka pada tegangan tekan, arah kedua gaya saling mendekati. Dengan kata lain benda tidak ditarik tetapi ditekan (gaya-gaya bekerja di dalam benda). Silahkan amati gambar di bawah untuk menambah pemahaman anda.

Perubahan bentuk benda yang disebabkan oleh tegangan tekan dinamakan mampatan. Tiang-tiang yang menopang beban, seperti tiang bangunan mengalami tegangan tekan.

Selain tegangan tarik dan tegangan tekan, terdapat juga tegangan geser. Suatu benda mengalami tegangan geser apabila pada benda tersebut bekerja dua gaya yang sama besar dan berlawanan arah, di mana gaya tersebut melintasi sisi yang berlawanan. Amati gambar di bawah.

Untuk menghitung tegangan geser, kita dapat menggunakan persamaan yang telah kita turunkan pada pembahasan Hukum Hooke dan elastisitas.

Tetapi persamaan ini harus kita modifikasi dan disesuaikan dengan perubahan bentuk benda seperti tampak pada gambar di atas.

Persamaan ini menyatakan hubungan antara perubahan bentuk benda dengan gaya yang diberikan pada benda tersebut.

Agar lebih memahami persoalan ini, dirimu bisa mencoba menekan sambil mendorong buku yang tebal. Jika gaya yang anda berikan sejajar dengan permukaan buku, maka buku akan berubah bentuk seperti gambar di atas. Semakin tebal buku, semakin jauh buku tersebut bergeser dibandingkan dengan buku yang kurang tebal (untuk besar gaya geser yang sama). Pada buku yang anda berikan gaya geser, bekerja dua gaya geser yang saling mengimbangi, di mana besar gaya geser tersebut sama, hanya arahnya berlawanan (lihat gambar di bawah). Benda persegi panjang yang mengalami pergeseran tidak akan berada dalam keadaan setimbang akibat kedua gaya geser tersebut, karena akan ada gaya total. Dalam kenyataannya, ketika kita memberikan gaya geser pada buku yang tebal, misalnya, buku tersebut mengalami pergeseran dan berada dalam kesetimbangan. Dengan demikian, pada buku tersebut bekerja juga dua gaya lain, yakni gaya vertikal yang arahnya ke atas dan gaya vertikal yang arahnya ke bawah, sebagaimana tanpak pada gambar di bawah.

Di bawah ini adalah daftar modulus geser dari berbagai jenis benda padat.

Ketika tegangan yang dialami suatu benda padat terlalu besar (baik tegangan tarik, tegangan tekan maupun tegangan geser), maka benda akan mengalami patahan (patah). Setiap benda memiliki nilai tegangan maksimum. Besar tegangan tarik, tegangan tekan mapun tegangan geser untuk setiap benda berbeda-beda. Bisa dihitung dengan persamaan tegangan yang telah kita turunkan sebelumnya dan disesuaikan dengan jenis tegangan (tegangan tarik, tegangan tekan dan tegangan geser).

Jadi tegangan yang dialami benda padat tidak boleh melebihi batas tegangan maksimum. Jika tegangan yang dialami benda melebihi batas tegangan maksimum maka benda padat tersebut akan patah. Hal ini harus diperhitungkan secara saksama apabila dirimu berencana membuat bangunan dkk (ih, pingin jadi arsitek… makanya rajin belajar fisika)