Tegangan, Regangan dan Modulus Young

1. Tegangan (stress) 

Pada gambar di atas seutas kawat dengan luas penampang mengalami suatu gaya tarik pada ujung-ujungnya. Akibat dari gaya tarik tersebut kawat mengalami tegangan. Tegangan adalah perbandingan antara gaya tarik yang bekerja terhadap luas penampang benda. Tegangan menunjukkan kekuatan gaya yang menyebabkan benda berubah bentuk. Secara matematis, tegangan dirumuskan dengan:

Contoh soal:

Tali nilon berdiameter 2 mm ditarik dengan gaya 100 Newton. Tentukan tegangan pada tali nilon!

2. Regangan (Strain)

Perhatikan gambar diatas, gaya tarik yang dikerjakan pada kawat berusaha meregangkan kawat hingga panjang kawat semula bertambah sebesar.  Sehingga regangan dapat didefinisikan sebagai pebandingan antara pertambahan panjang benda terhadap panjang benda mula-mula. Selain itu regangan menjadi tolok ukur seberapa jauh benda tersebut berubah bentuk.

 

Secara matematis, regangan dirumuskan dengan:

Karena pertambahan panjang dan panjang awal L adalah besaran yang sama. Dan sesuai persamaan di atas, maka regangan e tidak mempunyai satuan atau dimensi.

Contoh soal:

Seutas tali mempunyai panjang mula-mula 200 cm ditarik hingga tali tersebut mengalami pertambahan panjang 1 cm. Tentukan regangan pada tali tersebut!

3. Modulus Young

    Gambar diatas menunjukkan grafik hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas. Garis lurus OA menunjukkan bahwa gaya F akan sebanding dengan pertambahan panjang (ΔL). Ketika gaya F diperbesar lagi sampai melampaui titik A, ternyata garis pada grafik sudah tidak lurus lagi. Hal ini menandakan batas hukum hooke pegas sudah terlampaui, namun pegas masih bisa kembali ke bentuk semula. Oleh karena itu, daerah yang dibatasi oleh titik O sampai B disebut daerah elastis.

    Apabila gaya F semakin diperbesar hingga melewati titik B, batas elastisitas sudah terlampaui. Akibatnya, setelah gaya F dihilangkan, pegas tidak bisa kembali ke bentuk semula (pegas akan bersifat plastis). Jika gaya F terus diperbesar sampai titik C, pegas akan patah. Itulah mengapa tidak menutup kemungkinan benda yang bersifat elastis dapat menjadi plastis atau bahkan hancur. Balik lagi ke seberapa besar gaya yang diberikan pada benda tersebut.

    Gaya yang menyebabkan perubahan bentuk benda akan sebanding dengan besaran yang disebut dengan tegangan. Sementara itu, hasil perubahan bentuk benda akibat tegangan disebut regangan yang berupa pertambahan panjang dari benda tersebut.

    Menurut Robert Hooke, perbandingan antara tegangan dengan regangan suatu benda disebut dengan modulus elastisitas (young) benda tersebut. Secara matematis, modulus elastisitas dapat dirumuskan sebagai berikut:  

Contoh soal:

Diketahui panjang pegas 25 cm. Sebuah balok bermassa 20 gram digantungkan pada pegas kemudian pegas bertambah panjang 5 cm. Tentukan modulus elastisitas jika luas penampang pegas 100  !     

Nb: untuk pembahasan soal dan penjelasan lengkap terkait rumus silahkan bisa download materi pdf