KOMPRESI: KONSEP DAN RUMUS, PERHITUNGAN, CONTOH, LATIHAN - FISIK - 2025

The compression atau tegangan tekan adalah gaya per satuan luas sehingga di mendorong, menekan atau menekan sebuah objek, cenderung untuk mempersingkat itu . Secara matematis adalah:

Di sini E menunjukkan usaha, F besarnya gaya dan A luas tempat ia bekerja, satuan dalam Sistem Internasional SI adalah newton / m ² atau pascal (Pa). Tegangan tekan adalah tegangan normal, karena gaya yang memproduksinya tegak lurus dengan luas daerah tempat ia diberikan.

Gambar 1. Kolom di Acropolis of Athens dikenai kompresi. Sumber: Pixabay.

Upaya semacam itu dapat menekan objek atau, sebaliknya, mengencangkan dan meregangkannya, seperti yang diterapkan. Dalam kasus tegangan tekan, gaya diterapkan ke arah yang berlawanan untuk memberikan efek meremas dan memperpendek benda.

Begitu gaya berhenti, banyak material kembali ke dimensi aslinya. Sifat ini dikenal dengan nama elastisitas. Tetapi sementara itu terjadi, deformasi unit elastis yang diderita oleh bahan yang mengalami tegangan adalah:

Regangan bisa linier, permukaan, atau volumetrik, meskipun regangan tidak memiliki satuan. Namun demikian, informasi yang diberikannya sangat penting, karena tidak sama untuk mengubah bentuk batang sepanjang 10 m kali 1 cm, untuk mengubah bentuk batang sepanjang 1 m menjadi 1 cm.

Dalam bahan elastis, deformasi dan tegangan bersifat proporsional, memenuhi hukum Hooke:

Gambar 2. Tegangan tekan menurunkan panjang benda. Sumber: Wikimedia Commons. Adre-es.

¿ Bagaimana cara menghitung kompresi?

Tegangan tekan menyebabkan partikel material semakin dekat, mengurangi ukurannya. Bergantung pada arah penerapan upaya, akan ada pemendekan atau pengurangan beberapa dimensinya.

Mari kita mulai dengan mengasumsikan batang tipis dengan panjang asli L, yang diterapkan tegangan normal sebesar E. Jika tegangan bersifat tekan, batang mengalami pengurangan panjangnya, dilambangkan dengan δ. Jika tegang, palang akan memanjang.

Secara alami, bahan dari mana elemen dibuat sangat menentukan kemampuannya untuk menahan stres.

Sifat elastis dari bahan tersebut termasuk dalam konstanta proporsionalitas tersebut. Ini disebut modulus elastisitas atau modulus Young dan dilambangkan sebagai Y. Setiap bahan memiliki modulus elastisitas, yang ditentukan secara eksperimental melalui uji laboratorium.

Dengan pemikiran ini, upaya E diekspresikan dalam bentuk matematika seperti ini:

Akhirnya, untuk menetapkan kondisi ini sebagai persamaan, diperlukan konstanta proporsionalitas untuk menggantikan simbol proporsionalitas ∝ dan menggantikannya dengan persamaan, seperti ini:

Hasil bagi (δ / L) adalah regangan, dilambangkan sebagai ε dan dengan δ = Panjang akhir - Panjang awal. Dengan cara ini, usaha E adalah sebagai:

Karena regangan tidak berdimensi, satuan Y adalah sama dengan satuan E: N / m ² atau Pa dalam sistem SI, pon / in ² atau psi dalam sistem Inggris, serta kombinasi gaya dan luas lainnya. , seperti kg / cm ² .

Modulus elastisitas bahan yang berbeda

Nilai Y ditentukan secara eksperimental di laboratorium, dalam kondisi terkontrol. Selanjutnya, modulus elastisitas bahan yang banyak digunakan dalam konstruksi dan juga untuk tulang:

Tabel 1

Bahan	Modulus elastisitas Y (Pa) x 10 9
Baja	200
Besi	100
Kuningan	100
Perunggu	90
Aluminium	70
Marmer	lima puluh
Granit	Empat Lima
Beton	dua puluh
Tulang	limabelas
Kayu pinus	10

Contoh

Tegangan tekan bekerja pada berbagai struktur; Mereka tunduk pada aksi gaya seperti berat masing-masing elemen yang menyusunnya, serta gaya dari agen eksternal: angin, salju, struktur lain, dan lainnya.

Biasanya sebagian besar struktur dirancang untuk menahan segala jenis tegangan tanpa mengalami deformasi. Oleh karena itu, tegangan tekan harus diperhitungkan untuk mencegah bagian atau benda kehilangan bentuknya.

Juga tulang kerangka adalah struktur yang mengalami berbagai tekanan. Meskipun tulang resisten terhadapnya, ketika secara tidak sengaja batas elastisnya terlampaui, maka terbentuklah celah dan patah tulang.

Kolom dan pilar

Kolom dan pilar bangunan harus dibuat tahan terhadap tekanan, jika tidak maka cenderung melengkung. Ini dikenal sebagai tekukan lateral atau tekuk.

Kolom (lihat gambar 1) adalah elemen yang panjangnya jauh lebih besar dibandingkan dengan luas penampang.

Elemen silindris adalah kolom yang panjangnya sama dengan atau lebih besar dari sepuluh kali diameter penampang. Tetapi jika penampang tidak konstan maka akan diambil diameter yang lebih kecil untuk mengklasifikasikan elemen sebagai kolom.

Kursi dan bangku

Saat orang duduk di atas furnitur seperti kursi dan bangku, atau menambahkan benda di atasnya, maka kaki mengalami tekanan tekan yang cenderung menurunkan tinggi badannya.

Gambar 3. Saat duduk, orang menggunakan gaya tekan pada kursi, yang cenderung mempersingkat ketinggiannya. Sumber: Pixabay.

Furnitur biasanya dibuat untuk menahan berat dengan cukup baik dan kembali ke keadaan aslinya setelah dilepas. Tetapi jika beban berat diletakkan di atas kursi atau bangku yang rapuh, kaki-kaki tersebut memberi jalan untuk kompresi dan patah.

Latihan

- Latihan 1

Ada batang yang awalnya berukuran panjang 12 m, yang dikenai tekanan kompresi sedemikian rupa sehingga deformasi satuannya -0,0004. Berapa panjang batang yang baru?

Larutan

Mulai dari persamaan yang diberikan di atas:

ε = (δ / L) = - 0,0004

Jika L _f adalah panjang akhir dan L _atau panjang awal, karena δ = L _f - L _o kita memiliki:

Oleh karena itu: L _f - L _o = -0,0004 x 12 m = -0,0048 m. Dan akhirnya:

- Latihan 2

Batang baja padat berbentuk silinder memiliki panjang 6 m dan diameter 8 cm. Jika batang dikompresi oleh beban 90.000 kg, temukan:

a) Besarnya tegangan tekan dalam megapascal (MPa)

b) Berapa panjang balok berkurang?

Solusi untuk

Pertama-tama kita menemukan luas A dari penampang batang, yang bergantung pada diameter D, menghasilkan:

Selanjutnya, gaya ditemukan, menggunakan F = mg = 90.000 kg x 9,8 m / s ² = 882.000 N.

Akhirnya usaha rata-rata dihitung seperti ini:

Solusi b

Sekarang persamaan tegangan digunakan, mengetahui bahwa material memiliki respons elastis:

Modulus baja Young ditemukan pada Tabel 1:

Referensi

1. Beer, F. 2010. Mekanika bahan. 5. Edisi. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. Gedung Prentice Edisi ^ke- 6 .
3. Hibbeler, RC 2006. Mekanika material. 6. Edisi. Pendidikan Pearson.
4. Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. Bukit Mcgraw
5. Wikipedia. Stres (Mekanika). Diperoleh dari: wikipedia.org.