Stres (mekanika)

Stres adalah gaya per satuan luas pada benda yang cenderung menyebabkannya berubah bentuk.

Stres adalah ukuran gaya internal dalam tubuh di antara partikel-partikelnya. Gaya-gaya internal ini merupakan reaksi terhadap gaya eksternal yang diterapkan pada benda yang menyebabkannya terpisah, memampatkan atau meluncur. Gaya eksternal adalah gaya permukaan atau gaya tubuh. Stres adalah gaya rata-rata per satuan luas yang diberikan partikel benda pada partikel yang berdekatan, melintasi permukaan imajiner yang memisahkan mereka.

Rumus untuk tegangan normal uniaksial adalah:

σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}}}} ${\sigma }={\frac {F}{A}}$

di mana σ adalah tegangan, F adalah gaya dan A adalah luas permukaan.

Dalam satuan SI, gaya diukur dalam newton dan luas dalam meter persegi. Ini berarti tegangan adalah newton per meter persegi, atau N/m² . Namun, tegangan memiliki satuan SI sendiri, yang disebut pascal. 1 pascal (simbol Pa) sama dengan 1 N/m² . Dalam satuan Imperial, tegangan diukur dalam pound-force per inci persegi, yang sering disingkat menjadi "psi". Dimensi tegangan sama dengan dimensi tekanan.

Dalam mekanika kontinum, benda yang dapat berubah bentuk yang dimuat berperilaku sebagai kontinum. Jadi, gaya-gaya internal ini didistribusikan secara kontinu di dalam volume tubuh material. (Ini berarti, bahwa distribusi tegangan dalam tubuh diekspresikan sebagai fungsi ruang dan waktu yang kontinu). Gaya-gaya ini menyebabkan deformasi bentuk tubuh. Deformasi bisa menyebabkan perubahan bentuk permanen atau kegagalan struktural jika bahannya tidak cukup kuat.

Beberapa model mekanika kontinum memperlakukan gaya sebagai sesuatu yang dapat berubah. Model lain melihat deformasi materi dan benda padat, karena karakteristik materi dan benda padat adalah tiga dimensi. Setiap pendekatan bisa memberikan hasil yang berbeda. Model klasik mekanika kontinum mengasumsikan gaya rata-rata dan tidak memasukkan "faktor geometris" dengan benar. (Geometri benda bisa menjadi penting untuk bagaimana tegangan dibagi dan bagaimana energi menumpuk selama penerapan gaya eksternal).

Gambar 1.1 Tegangan dalam badan material yang dapat dideformasi yang dibebani diasumsikan sebagai kontinum.

Gambar 1.2 Tegangan aksial pada batang prismatik yang dibebani secara aksial.

Gambar 1.3 Tegangan normal pada batang prismatik (bagian lurus dengan luas penampang yang seragam). Distribusi tegangan atau gaya pada penampang batang tidak harus seragam. Namun, tegangan normal rata-rata σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\! } $\sigma _{\mathrm {avg} }\,\!$ dapat digunakan.

Gambar 1.4 Tegangan geser pada batang prismatik. Distribusi tegangan atau gaya pada penampang batang tidak harus seragam. Namun demikian, tegangan geser rata-rata τ a v g {\displaystyle \tau _{\mathrm {avg}. }\,\! } $\tau _{\mathrm {avg} }\,\!$ adalah perkiraan yang masuk akal.

Tegangan geser

Informasi lebih lanjut: Tegangan geser

Tekanan sederhana

Dalam beberapa situasi, tegangan di dalam suatu objek dapat digambarkan dengan satu angka, atau dengan satu vektor (angka dan arah). Tiga situasi tegangan sederhana seperti itu adalah tegangan normal uniaksial, tegangan geser sederhana, dan tegangan normal isotropik.

Tegangan normal uniaksial

Tegangan tarik (atau tegangan) adalah keadaan tegangan yang mengarah ke pemuaian; yaitu, panjang suatu bahan cenderung meningkat dalam arah tarik. Volume bahan tetap konstan. Apabila gaya yang sama dan berlawanan diterapkan pada suatu benda, maka tegangan akibat gaya ini disebut tegangan tarik.

Oleh karena itu pada bahan uniaksial panjangnya bertambah pada arah tegangan tarik dan dua arah lainnya akan berkurang ukurannya. Dalam cara tegangan uniaksial, tegangan tarik diinduksi oleh gaya tarik. Tegangan tarik adalah kebalikan dari tegangan tekan.

Anggota struktural yang mengalami tegangan langsung adalah tali, jangkar tanah dan paku, baut, dll. Balok yang mengalami momen lentur dapat mencakup tegangan tarik serta tegangan tekan dan/atau tegangan geser.

Tegangan tarik dapat ditingkatkan hingga mencapai kekuatan tarik, yaitu keadaan batas tegangan.

Stres pada benda satu dimensi

Semua objek nyata menempati ruang tiga dimensi. Namun demikian, jika dua dimensi sangat besar atau sangat kecil dibandingkan dengan yang lainnya, objek dapat dimodelkan sebagai satu dimensi. Hal ini menyederhanakan pemodelan matematis dari objek tersebut. Objek satu dimensi termasuk sepotong kawat yang dimuat pada ujungnya dan dilihat dari samping, dan lembaran logam yang dimuat pada bagian muka dan dilihat dari dekat dan melalui penampang melintang.

Halaman terkait

Ketegangan
Membungkuk

Pertanyaan dan Jawaban

T: Apa itu stres?

J: Stres adalah gaya per satuan luas pada sebuah benda yang cenderung menyebabkan perubahan bentuk. Ini adalah ukuran gaya internal dalam tubuh di antara partikel-partikelnya, dan merupakan gaya rata-rata per satuan luas yang diberikan oleh sebuah partikel dari sebuah benda pada partikel yang berdekatan di permukaan imajiner yang memisahkan mereka.

T: Bagaimana gaya eksternal memengaruhi stres?

J: Gaya eksternal adalah gaya permukaan atau gaya tubuh, dan mereka menyebabkan deformasi bentuk tubuh yang dapat menyebabkan perubahan bentuk permanen atau kegagalan struktural jika material tidak cukup kuat.

T: Apa rumus untuk tegangan normal uniaksial?

J: Rumus untuk tegangan normal uniaksial adalah σ = F/A, di mana σ adalah tegangan, F adalah gaya, dan A adalah luas permukaan. Dalam satuan SI, gaya diukur dalam newton dan luas dalam meter persegi, yang berarti tegangan adalah newton per meter persegi (N/m2). Namun, ada satuan SI sendiri untuk tegangan yang disebut pascal (Pa), yang setara dengan 1 N/m2. Dalam satuan Imperial, ini akan diukur dalam pound-force per inci persegi (psi).

T: Apa yang diasumsikan oleh mekanika kontinum tentang gaya?

J: Model klasik mekanika kontinum mengasumsikan gaya rata-rata dan tidak menyertakan faktor geometris dengan baik - artinya, model tersebut tidak memperhitungkan bagaimana geometri mempengaruhi bagaimana energi terbentuk selama penerapan gaya eksternal.

T: Bagaimana model yang berbeda dapat memberikan hasil yang berbeda ketika melihat deformasi materi dan benda padat?

J: Model yang berbeda melihat deformasi materi dan benda padat secara berbeda karena karakteristik materi dan benda padat bersifat tiga dimensi - sehingga setiap pendekatan memperhitungkan aspek yang berbeda yang dapat menyebabkan hasil yang berbeda.

T: Bagaimana mekanika kontinum memperlakukan benda yang dapat berubah bentuk?

J: Mekanika kontinum memperlakukan benda yang dapat berubah bentuk sebagai kontinu - yang berarti gaya internal didistribusikan secara kontinu di dalam volume benda material, bukannya terkonsentrasi pada titik-titik tertentu seperti pada model klasik.