Elastisitas Chemistry Department by Dr. Iis Nurhasanah

KESETIMBANGAN & ELASTISITAS

Pendahuluan Fisika memandang kestabilan benda terhadap gaya-

gaya yang beraksi padanya berdasarkan:- kesetimbangan gaya dan torsi yang bekerja pada

benda- elastisitas benda tidak tegar/lentur.

Kesetimbangan dikaitkan dengan keadaan benda yang “diam atau pusat massanya bergerak dengan kecepatan konstan”

Benda dikatakan setimbang, jika momentum linier dan momentum sudutnya konstan.

p = konstan dan L = konstan Jika p dan L bernilai nol maka benda tidak bergerak

translasi ataupun rotasi kesetimbangan statik

Kesetimbangan

Pengaruh gaya yang bekerja pada benda bergantung

pada titik (P) dimana gaya tersebut dikenakan.

Jika r adalah vektor posisi titik P

relatif terhadap O, maka torsi:

Gaya merotasikan benda di sekitar sumbu

yang melalui O bergantung pada momen (lengan

gaya) d.

Gaya ekivalen

Dua gaya F1 dan F2 yang besarnya sama bekerja padabenda, maka kedua gaya akan memberikan efek yangsama, hanya jika memiliki arah dan garis kerja sama.

Gaya tidak ekivalen

Dua gaya sama besar berlawanan arah, tidakmenghasilkan torsi yang sama di sekitar titik O.

Gaya yang berarah ke kanan cenderungmerotasikan benda searah jarum jam.

Gaya terkopel

Dua gaya sama besar berlawanan arah bekerja di

sekitar pusat massa dengan garis kerja paralel satu

sama lain. Masing-masing gaya menghasilkan torsi

sama Fd torsi total = 2 Fd.

Benda berotasi searah jarum jam dengan

percepatan sudut di sekitar sumbu tidak

setimbang

Torsi total memberikan percepatan sudut :

= 2Fd = I Benda akan berada pada kesetimbangan rotasi jika

= 0 atau total torsi di sekitar sumbu rotasi sama

dengan nol.

Dua keadaan benda setimbang:

- Resultan gaya eksternal sama dengan nol

kesetimbangan translasi/gaya

- Resultan torsi eksternal di sekitar sumbu sama

dengan nol kesetimbangan rotasi/torsi

ElastisitasSejauh ini, benda diasumsikan tidak mengalami

deformasi akibat gaya eksternal yang mengenainya

(disebut benda tegar). Pada kenyataannya benda

akan mengalami perubahan bentuk atau ukuran atau

keduanya akibat gaya eksternal.

Benda padat tersusun oleh sejumlah atom yang

berada dalam keadaan setimbang pada kisi yang

terikat satu sama lain oleh gaya antar atom

Tiga keadaan dimana gaya yang bekerja pada benda

dapat menyebabkan perubahan dimensi:

Deformasi benda padat/pejal dikaji berdasarkan konsep:

Tegangan (stress)

Regangan (strain)

Sifat benda yang cenderung dapat kembali ke bentuk

semula ketika gaya yang bekerja pada benda

dihilangkan disebut elastisitas.

Tegangan/tekanan (stress)?

Regangan (strain)?Stress merupakan kuantitas yang sebanding dengan

gaya yang menyebabkan deformasi. Atau gaya

eksternal yang bekerja pada benda persatuan luas.

Strain adalah ukuran derajat deformasi.

Untuk tekanan yang kecil tegangan ∝ regangan

Tegangan ∝ Gaya= F/A

Regangan ∝ ΔL= ΔL /Li

Konstanta pembanding disebut modulus elastisitas.

Ada tiga jenis deformasi dan modulus elastisitas:

- Modulus Young, mengukur resistansi benda padat

terhadap perubahan panjang.

- Modulus geser, mengukur resistansi terhadap gerak

bidang benda padat

- Modulus bulk, mengukur resistansi benda padat

atau liquid terhadap perubahan volume.

Gaya eksternal dikenakan tegak

lurus terhadap penampang,

maka gaya internal batang

akan mempertahankan diri

dari distorsi.

Terjadi kesetimbangan antara

kedua gaya.

Batang mengalami stress dan strain. Perbandingan stress

terhadap strain bernilai konstan disebut Modulus Young

Stress maksimum yang dapat dikenakan pada benda

sebelum terjadi deformasi permanen disebut batas elastisitas.

Modulus elastisitas

Kurva stress-strain pada awalnya linier, benda akan kembali ke

keadaan awalnya bila stress dihilangkan.

Bila stress terus diperbesar sampai yield strength (Sy), akan

mencapai titik dimana terjadi deformasi permanen dan benda

tidak dapat kembali ke keadaan semula walaupun stress

dihilangkan.

Bila stress terus diperbesar sampai ultimate strength (Su),

benda akan mengalami retak/pecah/putus.

Modulus geser (elastisitas bentuk)

Bila gaya tangensial bekerja pada salah satu permukaan benda,

maka permukaan yang berlawanan akan mempertahankan

posisi dengan gaya lain

Pertambahan tekanan menyebabkan pengecilan volume dan

sebaliknya.

Kebalikan dari modulus volum disebut kompresibilitas

Modulus volum (elastisitas volum)

Modulus elastisitas untuk beberapa bahan