GAYA GESER: GAYA PERMUKAAN DAN MASSA - FISIK

Gaya geser adalah gaya gabungan yang dicirikan sejajar dengan permukaan tempat ia bekerja dan cenderung membelah benda, menggeser bagian yang dihasilkan dari pemotongan.

Ini secara skematis diwakili dalam gambar 1, di mana gaya pemotongan diterapkan pada dua titik berbeda dari pensil kayu yang ditampilkan. Gaya geser pada gilirannya membutuhkan dua gaya paralel dan berlawanan, yang bergantung pada intensitasnya, mampu merusak bentuk pensil atau secara pasti mematahkannya.

Gambar 1. gaya geser yang diterapkan dengan tangan menyebabkan pensil patah. Sumber: Pixabay.

Jadi meskipun kita berbicara tentang gaya geser dalam bentuk tunggal, pada kenyataannya ada dua gaya yang diterapkan, karena gaya geser adalah gaya majemuk. Gaya-gaya ini terdiri dari dua gaya (atau lebih, dalam kasus yang kompleks) yang diterapkan pada titik yang berbeda pada suatu benda.

Dua gaya dengan besaran yang sama dan arah berlawanan, tetapi dengan garis aksi paralel, merupakan sepasang gaya. Pasangan tidak memberikan terjemahan ke objek, karena resultannya nol, tetapi memberikan torsi bersih.

Dengan berpasangan, benda-benda seperti roda kemudi kendaraan diputar, atau dapat diubah bentuk dan dipatahkan, seperti pada kasus pensil dan papan kayu yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Gaya geser membagi batang kayu menjadi dua bagian. Perhatikan bahwa gaya bersinggungan dengan penampang batang kayu. Sumber: F. Zapata.

Gaya permukaan dan gaya massa

Gaya gabungan adalah bagian dari apa yang disebut gaya permukaan, justru karena gaya tersebut diterapkan pada permukaan benda dan tidak terkait dengan massanya dengan cara apa pun. Untuk memperjelas hal ini, mari bandingkan dua gaya yang sering bekerja pada benda: gaya berat dan gaya gesek.

Besarnya berat adalah P = mg dan karena itu tergantung pada massa benda, itu bukan gaya permukaan. Ini adalah gaya massa, dan berat adalah contoh yang paling khas.

Sekarang, gesekan bergantung pada sifat permukaan kontak dan bukan pada massa benda tempat ia bekerja, oleh karena itu ini adalah contoh gaya permukaan yang sering muncul.

Gaya sederhana dan gaya gabungan

Gaya permukaan bisa sederhana atau gabungan. Kita telah melihat contoh gaya gabungan pada gaya geser, dan untuk bagiannya, gaya gesek direpresentasikan sebagai gaya sederhana, karena satu panah sudah cukup untuk merepresentasikannya dalam diagram benda benda yang terisolasi.

Gaya sederhana bertanggung jawab untuk mencetak perubahan gerakan benda, misalnya kita tahu bahwa gaya gesekan kinetik antara benda bergerak dan permukaan tempat ia bergerak, mengakibatkan penurunan kecepatan.

Sebaliknya, gaya gabungan cenderung mengubah bentuk benda dan dalam kasus geser atau geser, hasil akhirnya bisa berupa potongan. Gaya permukaan lain seperti tegangan atau kompresi memperpanjang atau menekan tubuh tempat mereka bekerja.

Setiap kali tomat dipotong untuk membuat saus atau gunting digunakan untuk membelah selembar kertas, prinsip yang dijelaskan berlaku. Alat pemotong biasanya memiliki dua bilah logam yang tajam untuk memberikan gaya geser pada penampang benda yang akan dicacah.

Gambar 3. Gaya geser bekerja: salah satu gaya diterapkan oleh bilah pisau, gaya lainnya adalah gaya normal yang diberikan oleh talenan. Sumber: Foto makanan dibuat oleh katemangostar - freepik.es

Tegangan geser

Pengaruh gaya geser bergantung pada besarnya gaya dan luas tempat ia bekerja, sehingga dalam rekayasa konsep tegangan geser banyak digunakan, yang memperhitungkan gaya dan luas.

Tegangan ini memiliki arti lain seperti tegangan geser atau tegangan geser dan dalam konstruksi sipil sangat penting untuk mempertimbangkannya, karena banyak kegagalan dalam struktur berasal dari aksi gaya geser.

Kegunaannya segera dipahami ketika mempertimbangkan situasi berikut: misalkan Anda memiliki dua batang dari bahan yang sama tetapi ketebalan berbeda yang mengalami peningkatan gaya hingga putus.

Jelas bahwa untuk mematahkan batang yang lebih tebal, gaya yang lebih besar harus diterapkan, namun upayanya sama untuk setiap batang dengan komposisi yang sama. Pengujian seperti ini sering dilakukan dalam rekayasa, mengingat pentingnya pemilihan bahan yang tepat agar struktur yang diproyeksikan berfungsi secara optimal.

Stres dan ketegangan

Secara matematis, jika kita menyatakan tegangan geser sebagai τ, besarnya gaya yang diberikan sebagai F, dan luas tempat ia bertindak sebagai A, kita mendapatkan tegangan geser rata-rata:

Menjadi hasil bagi antara gaya dan luas, satuan usaha dalam Sistem Internasional adalah newton / m ² , disebut Pascal dan disingkat Pa. Dalam sistem Inggris pound-force / foot ² dan pound-force / inci ² .

Sekarang, dalam banyak kasus, objek yang terkena tegangan geser berubah bentuk dan kemudian kembali ke bentuk aslinya tanpa benar-benar pecah, setelah tegangan berhenti bekerja. Misalkan deformasi terdiri dari perubahan panjang.

Dalam hal ini tegangan dan regangan sebanding, oleh karena itu dapat dipertimbangkan hal-hal berikut:

Simbol ∝ berarti "sebanding dengan" dan dalam istilah regangan, ini didefinisikan sebagai hasil bagi antara perubahan panjang, yang akan disebut ΔL, dan panjang aslinya, disebut L _o . Lewat sini:

Modulus geser

Menjadi hasil bagi antara dua panjang, regangan tidak memiliki satuan, tetapi ketika menempatkan simbol persamaan, konstanta proporsionalitas harus menyediakannya. Memanggil G untuk mengatakan konstan:

G disebut modulus geser atau modulus geser. Ini memiliki satuan Pascal dalam Sistem Internasional dan nilainya tergantung pada sifat materialnya. Nilai tersebut dapat ditentukan di laboratorium dengan menguji aksi gaya yang berbeda pada sampel dengan komposisi yang bervariasi.

Jika diperlukan untuk menentukan besar gaya geser dari persamaan sebelumnya, cukup gantikan definisi tegangan:

Gaya geser sangat sering terjadi dan efeknya harus diperhitungkan dalam banyak aspek sains dan teknologi. Dalam konstruksi, mereka muncul di titik-titik penyangga balok, mereka dapat muncul selama kecelakaan dan mematahkan tulang dan kehadirannya mampu mengubah pengoperasian mesin.

Mereka bertindak dalam skala besar di kerak bumi yang menyebabkan keretakan batu dan kecelakaan geologi, berkat aktivitas tektonik. Oleh karena itu, mereka juga bertanggung jawab untuk terus membentuk planet ini.

Referensi

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

GAYA GESER: GAYA PERMUKAAN DAN MASSA - FISIK - 2025