APAKAH USAHA HASIL DAN BAGAIMANA CARA MENDAPATKANNYA? - FISIK - 2025

The tegangan leleh didefinisikan sebagai upaya yang diperlukan untuk sebuah objek untuk mulai permanen cacad, yaitu, untuk menjalani deformasi plastik tanpa melanggar atau rekah.

Karena batas ini mungkin sedikit tidak tepat untuk beberapa bahan dan ketepatan peralatan yang digunakan merupakan faktor berat, dalam teknik telah ditentukan bahwa tegangan leleh pada logam seperti baja struktural adalah salah satu yang menghasilkan deformasi permanen 0,2% di objek.

Gambar 1. Bahan yang digunakan dalam konstruksi diuji untuk menentukan seberapa besar tekanan yang mampu mereka tahan. Sumber: Pixabay.

Mengetahui nilai tegangan leleh penting untuk mengetahui apakah bahan tersebut sesuai untuk penggunaan yang ingin Anda berikan pada suku cadang yang diproduksi dengannya. Jika suatu bagian telah dideformasi melebihi batas elastis, bagian tersebut mungkin tidak dapat menjalankan fungsi yang dimaksudkan dengan benar dan harus diganti.

Untuk mendapatkan nilai ini, tes biasanya dilakukan pada sampel yang dibuat dengan bahan (tabung reaksi atau spesimen), yang dikenai berbagai tekanan atau beban, sambil mengukur perpanjangan atau peregangan yang mereka alami dengan masing-masing. Tes ini dikenal sebagai tes tarik.

Untuk melakukan uji tarik, mulailah dengan menerapkan gaya dari nol dan secara bertahap naikkan nilainya hingga sampel rusak.

Kurva tegangan regangan

Pasangan data yang diperoleh dari uji tarik diplot dengan menempatkan beban pada sumbu vertikal dan regangan pada sumbu horizontal. Hasilnya adalah grafik seperti yang ditunjukkan di bawah ini (gambar 2), yang disebut kurva tegangan-regangan untuk material.

Dari situ banyak sifat mekanik penting ditentukan. Setiap bahan memiliki kurva tegangan-regangannya sendiri. Misalnya, salah satu yang paling banyak dipelajari adalah baja struktural, juga disebut baja karbon ringan atau rendah. Ini adalah bahan yang banyak digunakan dalam konstruksi.

Kurva tegangan-regangan memiliki area berbeda di mana material memiliki perilaku tertentu sesuai dengan beban yang diterapkan. Bentuk persisnya dapat sangat bervariasi, namun demikian memiliki beberapa karakteristik yang sama, yang dijelaskan di bawah ini.

Untuk selanjutnya, lihat gambar 2, yang secara umum berhubungan dengan baja struktural.

Gambar 2. Kurva tegangan-regangan untuk baja. Sumber: dimodifikasi dari Hans Topo1993

Zona elastis

Luas dari O ke A adalah luas elastis, di mana Hukum Hooke berlaku, di mana tegangan dan regangan sebanding. Di zona ini material sepenuhnya pulih setelah penerapan tegangan. Titik A dikenal sebagai batas proporsionalitas.

Pada beberapa bahan, kurva dari O ke A bukanlah garis lurus, namun tetap elastis. Yang penting adalah mereka kembali ke bentuk aslinya saat pengisian daya berhenti.

Zona elastis-plastik

Selanjutnya kita memiliki daerah dari A ke B, di mana deformasi meningkat lebih cepat dengan usaha, membuat keduanya tidak proporsional. Kemiringan kurva menurun dan di B kurva menjadi horizontal.

Dari titik B, material tidak lagi mendapatkan kembali bentuk aslinya dan nilai tegangan pada titik tersebut dianggap sebagai tegangan leleh.

Daerah dari B ke C disebut hasil atau zona mulur material. Disana deformasi terus berlangsung meskipun beban tidak bertambah. Bahkan bisa berkurang, oleh karena itu dikatakan material dalam kondisi ini adalah plastik sempurna.

Zona plastik dan fraktur

Di wilayah dari C ke D, terjadi pengerasan regangan, di mana material mengalami perubahan strukturnya pada tingkat molekuler dan atom, yang membutuhkan upaya lebih besar untuk mencapai deformasi.

Untuk alasan ini, kurva mengalami pertumbuhan yang berakhir saat mencapai usaha maksimum σ _max.

Dari D ke E masih ada kemungkinan deformasi tetapi dengan beban lebih sedikit. Semacam penipisan terbentuk dalam sampel (spesimen) yang disebut striktur, yang akhirnya mengarah pada patahan yang diamati di titik E. Namun, sudah di titik D bahan tersebut sudah bisa dianggap pecah.

Bagaimana cara mendapatkan usaha hasil?

Batas elastis L _e suatu bahan adalah tegangan maksimum yang dapat ditahannya tanpa kehilangan elastisitasnya. Ini dihitung dengan hasil bagi antara besarnya gaya maksimum F _m dan luas penampang sampel A.

L _e = F _m / A

Satuan batas elastis dalam Sistem Internasional adalah N / m ² atau Pa (Pascals) karena merupakan tegangan. Batas elastis dan batas proporsionalitas di titik A adalah nilai yang sangat dekat.

Tetapi seperti yang dikatakan di awal, mungkin tidak mudah untuk menentukannya. Tegangan leleh yang diperoleh melalui kurva tegangan-regangan adalah perkiraan praktis untuk batas elastis yang digunakan dalam rekayasa.

Luluh tegangan dari kurva tegangan-regangan

Untuk mendapatkannya, garis ditarik sejajar dengan garis yang sesuai dengan zona elastis (yang mematuhi hukum Hooke) tetapi bergeser sekitar 0,2% pada skala horizontal atau deformasi 0,002 inci per inci.

Baris ini meluas sampai memotong kurva pada titik yang koordinat vertikal adalah nilai tegangan hasil yang diinginkan, dilambangkan sebagai σ _y , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Kurva ini milik bahan ulet lain: aluminium.

Gambar 3. Kurva tegangan-regangan untuk aluminium, yang darinya tegangan leleh ditentukan dalam praktik. Sumber: buatan sendiri.

Dua bahan ulet seperti baja dan aluminium memiliki kurva tegangan-regangan yang berbeda. Aluminium, misalnya, tidak memiliki bagian baja horizontal kasar seperti yang terlihat pada bagian sebelumnya.

Bahan lain yang dianggap rapuh seperti kaca, tidak melalui tahapan yang dijelaskan di atas. Pecah terjadi jauh sebelum deformasi yang cukup besar terjadi.

Detail penting untuk diingat

- Gaya-gaya yang dipertimbangkan pada prinsipnya tidak memperhitungkan modifikasi yang pasti terjadi pada luas penampang spesimen. Hal ini menyebabkan kesalahan kecil yang dikoreksi dengan grafik tegangan nyata, yang memperhitungkan pengurangan luas dengan meningkatnya deformasi spesimen.

- Temperatur dianggap normal. Beberapa bahan bersifat ulet pada suhu rendah, sementara bahan rapuh lainnya bersifat ulet pada suhu yang lebih tinggi.

Referensi

1. Beer, F. 2010. Mekanika bahan. McGraw Hill. 5. Edisi. 47-57.
2. Engineers Edge. Kekuatan Hasil. Diperoleh dari: engineeredge.com.
3. Merambat stres. Diperoleh dari: instron.com.ar
4. Valera Negrete, J. 2005. Catatan tentang Fisika Umum. UNAM. 101-103.
5. Wikipedia. Merayap. Diperoleh dari: Wikipedia.com