Pengertian Tegangan, Regangan serta Bunyi Hukum Hooke

Pengertian Tegangan, Regangan serta Bunyi Hukum Hooke – Saat masih kecil kita sering bermain dengan karet gelang. Karet tersebut kalau kita tarik maka karetnya akan memanjang, bisa dibilang kalau karet itu bisa memanjang karena sifatnya yang elastis. Kita mungkin tahu bahwa karet merupakan benda yang elastis namun apakah kalian tahu bahwa sifat elastis benda berkaitan dengan Tegangan dan Regangan.

Tegangan

Tegangan (σ) merupakan hasil bagi antara gaya tarik F yang dialami kawat dengan luas penampang kawat A. Secara matematis tegangan dirumuskan sebagai berikut :

Tegangan tidak seperti halnya gaya, bukan besaran vektor karena kita tidak dapat memberikannya arah tertentu. Tegangan diberikan pada materi dari arah luar. Satuan dari tegangan adalah Nmˉ².

Regangan

Regangan (e) merupakan ukuran mengenai seberapa jauh batang di atas berubah bentuk. Atau regangan didefinisikan perubahan relatif dimensi/bentuk benda yang mengalami tegangan diberikan pada materi terhadap tegangan. Secara matematis regangan akibat tarikan pada batang kawat didefinikasn sebagai perbandingan pertambahan panjang terhadap panjang awalnaya :

Karena pertambahan panjang merupakan (∆L) dan panjang awal (L) adalah besaran yang sama atau memiliki satuan yang sama, maka sesuai dengan persamaan diatas regangan tidak memiliki satuan atau dimensi.

Benda-benda yang memiliki sifat elastis akan bersifat elastis sampai ke suatu gaya yang tertentu besarnya, batas besarnya gaya tersebut dinamakan dengan batas elastis. Bila gaya yang dikerjakan pada benda melampaui batas elastis benda tersebut maka benda tersebut bisa rusak atau tidak dapat kembali seperti semula atau bisa dikatakan benda akan berubah secara permanen. Akan tetapi bila gaya yang dikerjakan pada benda tidak melampaui batas elastis benda tersebut maka benda dapat kembali ke bentuk awalnya. untuk lebih memahami bagaimana pengaruh tegangan dan regangan terhadap benda, kita dapat memahaminya dengan grafik tegangan vs regangan.
 

Grafik Tegangan vs Regangan

Grafik ini menggambarkan hubungan mengenai tegangan yang diberikan pada benda tertentu terhadap regangannya. Ternyata grafik tegangan vs regangan untuk tiap jenis benda berbeda-beda, grafik bergantumh pada jenis bahan penyusun benda tersebut. Berikut ini diberikan  grafik tegangan vs regangan suatu benda yang ditarik. Adapun  grafik tegangan vs regangan ditunjukkan pada grafik 1.

 

Grafik 1. Tegangan vs Regangan

Modulus Elastisitas

Tegangan yang diperlukan untuk menghasilkan suatu regangan tertentu bergantung pada sifat bahan yang diberi tegangan tersebut. Perbandingan tegangan terhadap regangan atau tegangan per satuan regangan, disebut modulus elastis atau modulus Young bahan tersebut. 

Modulus elastis merupakan besaran yang menyatakan sifat elastis suatu bahan tertentu dan bukan menunjukkan langsung seberapa jauh sebuah batang, kabel, atau pegas yang terbuat dari bahan yang bersangkutan mengalami perubahan akibat pengaruh beban.

Semakin besar nilai modulus elastis suatu bahan, maka semakin besar pula tegangan yang diperlukan untuk menghasilkan regangan tertentu pada bahan tersebut. Adapun nilai modulus young dari beberapa bahan ditunjukkan pada gambar 1.

 

Gambar 1. Nilai Modulus Young Beberapa Bahan

Satuan modulus elastis atau Modulus Young sama dengan satuan tegangan yaitu Nm^-2. Jika kita mensubtisusikan persamaan tegangan σ=F/A dan regangan e = ∆L/L, ke dalam persamaan modulus elastis maka:

 

Bunyi Hukum Hooke

Apabila benda bermassa m digantungkan pada pegas spiral, maka pegas spiral bertambal panjang sujauh x. Perubahan panjang pegas bergantung pada konstanta pegas k dan massa m benda. Pada saat pegas dalam keadaan setimbang, maka pegas melakukan gaya sama besar dan berlawanan arah dengan gaya berat benda. Jika beban bertambah, pegas semakin panjang dan mempunya batas maksimum ketika gaya diberikan maksimum. 

Apabila melampui harga maksimum, kelentingan akan terganggu, berarti dengan menghilangkan beban maka panjang pegas tidak kembali pada panjang semula. Akan tetapi jika gaya yang dikerjakan pada pegas tidak melampaui batas elastitas pegas tersebut, maka pegas akan kembali ke bentuk awalnya sampai batas elastisitas (lenting) menurut Robert Hooke (1635-1703);

F = - k x

Tanda (-) artinya bahwa arah F berlawanan dengan arah perubahan panjang x jika beban ditambah terus, maka untuk harga tertentu pegas akan patah. Apabila beban diangkat sedikit demi sedikit keatas lalu dilepaskan kembali, terlihat beban itu berayun dan bergerak keatas dan kebawah secara bergantan. Gerak ini disebut dengan gerak osilasi (bolak-balik). Jika penyimpangan maksimum (amplitudo) keatas sama dengan kebawah, maka gerakan ini disebut gerak harmonis selaras (GHS).

Itu tadi sedikit penjelasan tentang Pengertian Tegangan, Regangan serta Bunyi Hukum Hooke. Semoga dapat bermanfaat. Sekian dan sampai jumpa pada artikel selanjutnya. Terimakasih.