TEGANGAN GESER: CARA MENGHITUNGNYA DAN LATIHAN DISELESAIKAN - FISIK - 2025

Ini dikenal sebagai tegangan geser yang dihasilkan dari penerapan dua gaya yang sejajar ke permukaan dan dalam arah yang berlawanan. Dengan cara ini Anda dapat membagi sebuah objek menjadi dua bagian, membuat bagian bergeser satu sama lain.

Gaya geser langsung diterapkan setiap hari pada kain, kertas atau logam, yang dilakukan dengan gunting, guillotine atau gunting. Mereka juga muncul dalam struktur seperti baut atau sekrup, pasak, balok, irisan, dan lasan.

Gambar 1. Upaya geser dilakukan dengan gunting. Sumber: Pixabay

Perlu diklarifikasi bahwa tidak selalu dimaksudkan untuk memotong atau memotong, tetapi tegangan geser cenderung merusak objek yang diaplikasikan; Oleh karena itu, balok yang mengalami tegangan geser cenderung melorot karena beratnya sendiri. Contoh berikut memperjelas hal tersebut.

Gambar 2 menunjukkan skema sederhana untuk menggambarkan hal di atas. Ini adalah objek di mana dua gaya bertindak dalam arah yang berlawanan. Ada bidang pemotongan imajiner (tidak ditarik) dan gaya bekerja satu di setiap sisi bidang, memotong batang menjadi dua.

Untuk gunting: setiap bilah atau tepi memberikan gaya pada penampang (melingkar) benda yang akan dipotong, juga memisahkannya menjadi dua bagian, seperti tali pada gambar 1.

Gambar 2. Dua gaya yang ditampilkan memberikan gaya yang cenderung memisahkan batang menjadi dua. Sumber: Adre-es

Tegangan geser dapat menyebabkan deformasi

Anda dapat mencoba menggunakan gaya pemotongan dengan menggeser tangan Anda ke atas sampul buku yang tertutup. Tutup lainnya harus tetap terpasang di atas meja, yang dapat dicapai dengan menopang tangan yang bebas agar tidak bergerak. Buku akan sedikit berubah bentuk dengan tindakan ini, seperti yang diuraikan pada gambar berikut:

Gambar 3. Menerapkan tegangan geser ke buku menyebabkan deformasi. Sumber: Krishnavedala

Jika situasi ini dianalisis dengan cermat, kedua gaya yang telah disebutkan akan diperhatikan, tetapi kali ini diterapkan secara horizontal (dalam fuchsia). Salah satunya adalah tangan Anda di satu sisi dan yang lain diterapkan pada permukaan meja di sisi berlawanan dari buku yang diperbaiki.

Buku tidak berputar, meskipun gaya ini dapat menyebabkan momen atau torsi bersih. Untuk menghindari hal ini, ada dua gaya vertikal lainnya (berwarna biru kehijauan); yang satu diterapkan dengan tangan lainnya dan yang normal diberikan oleh meja, yang momen bersihnya bertindak dalam arah yang berlawanan, mencegah gerakan berputar.

Bagaimana tegangan geser dihitung?

Tekanan geser muncul bahkan di dalam tubuh manusia, karena darah yang bersirkulasi terus menerus memberikan gaya tangensial di dalam pembuluh darah, menyebabkan deformasi kecil di dinding.

Pertimbangan Anda penting dalam menentukan kemungkinan kegagalan struktur. Dalam gaya geser, tidak hanya gaya yang diperhitungkan, tetapi juga luas area kerjanya.

Hal ini segera dipahami dengan mengambil dua batang silinder dengan panjang yang sama, terbuat dari bahan yang sama tetapi dengan ketebalan berbeda, dan membebani mereka dengan tekanan yang semakin besar hingga patah.

Jelas gaya yang diperlukan akan sangat berbeda, karena satu batang lebih tipis dari yang lain; bagaimanapun usahanya akan tetap sama.

Tegangan geser dilambangkan dengan huruf Yunani τ (tau) dan dihitung sebagai hasil bagi antara besarnya gaya F dan luas A dari permukaan tempat ia bekerja:

Upaya yang dihitung dengan demikian adalah salah satu yang menghasilkan gaya rata-rata di permukaan yang dimaksud, karena gaya tidak bekerja pada satu titik di permukaan, tetapi didistribusikan ke semua titik tersebut dan tidak seragam. Namun, distribusi dapat diwakili oleh gaya resultan yang bekerja pada titik tertentu.

Dimensi tegangan geser adalah gaya di permukaan. Dalam satuan sistem internasional, mereka berhubungan dengan newton / meter persegi, satuan yang disebut Pascal dan disingkat Pa.

Mereka adalah satuan yang sama untuk tekanan, sehingga satuan Inggris untuk gaya pon / ft ² dan gaya pon / inci ² juga sesuai.

Tegangan geser dan deformasi

Dalam banyak situasi, besarnya tegangan geser sebanding dengan tegangan yang ditimbulkan pada benda, seperti buku pada contoh sebelumnya, yang akan kembali ke dimensi aslinya segera setelah tangan dilepas. Dalam hal itu:

Konstanta proporsionalitas dalam hal ini adalah modulus geser, modulus kekakuan atau modulus geser (G):

τ = G. γ

Dengan γ = Δ L / L _o , di mana Δ L adalah selisih panjang akhir dan panjang awal. Dengan menggabungkan persamaan yang diberikan, ekspresi regangan yang disebabkan oleh tegangan dapat ditemukan:

Nilai konstanta G ditemukan dalam tabel dan unitnya sama dengan tegangan, karena regangan tidak berdimensi. Seringkali nilai G adalah setengah atau sepertiga dari nilai E, modulus elastisitas.

Faktanya mereka terkait dengan ungkapan:

Di mana ν adalah modulus Poisson, konstanta elastis lain dari material yang nilainya antara 0 dan ½. Itulah mengapa G pada gilirannya berada di antara E / 3 dan E / 2.

Latihan terselesaikan

-Latihan 1

Untuk menghubungkan dua pelat besi, digunakan sekrup baja, yang harus menahan gaya geser hingga 3200 N. Berapa diameter minimum sekrup jika faktor keamanannya 6,0? Bahan ini dikenal untuk menolak hingga 170 x 10 ⁶ N / m ² .

Larutan

Tegangan geser yang dikenakan pada sekrup berasal dari gaya yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Faktor keamanan adalah kuantitas tak berdimensi dan terkait dengan tegangan maksimum yang diperbolehkan:

Tegangan geser = F / A = Tegangan / faktor keamanan maksimum yang diperbolehkan

Oleh karena itu areanya adalah:

A = F x faktor keamanan / Shear stres = 3200 x 6/170 x 10 ⁶ = 0,000113 m ²

Daerah sekrup diberikan oleh πD ² /4, karena diameter adalah:

D ² = 4 x A / π = 0,000144 m ²

Gambar 4. Tegangan geser pada sekrup. Sumber: buatan sendiri.

D = 0,012 m = 12 mm.

-Latihan 2

Sebuah pasak kayu atau pasak kayu digunakan untuk mencegah rotasi katrol di bawah tekanan T ₁ dan T ₂ , sehubungan dengan sumbu 3-inci. Dimensi pin ditunjukkan pada gambar. Tentukan besarnya tegangan geser pada balok, jika gaya yang ditunjukkan bekerja pada katrol:

Gambar 5. Diagram badan bebas misalnya 2. Sumber: uraian sendiri.

Larutan

Dengan d = 1,5 inci, maka:

Gaya ini menyebabkan tegangan geser sebesar:

Referensi

1. Beer, F. 2010. Mekanika bahan. 5. Edisi. McGraw Hill. 7 - 9.
2. Fitzgerald, 1996. Mekanika Material. Alpha Omega. 21-23.
3. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. Gedung Prentice Edisi ^ke- 6 . 238-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Mekanika material. 6. Edisi. Pendidikan Pearson. 22-25
5. Valera Negrete, J. 2005. Catatan tentang Fisika Umum. UNAM. 87-98.
6. Wikipedia. Tegangan Geser. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.