PENGARUH GAYA PADA ELASTISITAS BAHAN

Pada beberapa bahasan mengenai gaya, benda yang mengalami gaya dianggap tidak mengalami perubahan bentuk. Namun, kenyataannya setiap benda akan mengalami perubahan bentuk apabila diberikan gaya pada benda tersebut. Pada benda elastis, akan terjadi pertambahan panjang yang merupakan akibat dari adanya gaya yag bekerja pada benda tersebut. Benda ini berlaku hampir pada semua materi padat, tetapi hanya pada suatu batas tertentu. Apabila benda yang terjadi terlalu besar, maka benda pun akan meregang dengan sangat besar sehingga tidak menutup kemungkinan benda tersebut akan patah. Gaya luar yang dikerjakan pada benda tersebut mengkibatkan terjadinya perubahan bentuk benda (deformasi) yang tidak melebihi batas proporsional. Sedangkan pada benda plastis, jika benda

tersebut diberi gaya maka akan mengalami pertambahan panjang dan jika gaya yang bekerja pada benda tersebut dihilangkan, maka benda tidak dapat kembali ke bentuk semula. Sebenarnya dalam kehidupan kita sehari-hari, kita sering mempraktikan ilmu-ilmu fisika, baik yang sudah kita pelajari maupun yang belum kita pelajari. Namun seringnya kita tidak menyadari dan tidak paham akan hal itu. Sebagai contoh hal yang berhubungan dengan fisika yang sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari adalah sebuah karet gelang yang kita rentangkan, jika kita lepaskan akan kembali ke bentuknya semula. Itulah yang menandakan adanya sifat elastis benda yang kita kenal dengan keelastisitasan. Semua benda nyata, jika diberi gaya, akan berubah dibawah pengaruh gaya yang bekerja padanya. Perubahan bentuk atau volume tersebut ditentukan oleh gaya antarmolekulnya. Untuk membedakan kedua jenis bahan benda antara benda elastis dan benda plastis , maka didefinisikan suatu sifat bahan yang disebut elastisitas. Jadi, elastisitas merupakan salah satu mekanik bahan yang dapat menunjukkan kekuatam, ketahanan, dan kekakuan bahan tersebut terhadap gaya luar yang diterapkan pada bahan tersebut. Nilai keelastisitasan ini disebut juga modulus elastisitas.

Semua benda, baik yang berwujud padat, cair, ataupun gas akan mengalami perubahan bentuk dan ukurannya apabila benda tersebut diberi suatu gaya. Benda padat yang keras sekalipun jika dipengaruhi oleh gaya yang cukup besar akan berubah bentuknya. Ada beberapa benda yang akan kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan, tetapi ada juga yang berubah menjadi bentuk yang baru. Hal itu berkaitan dengan sifat elastisitas benda. Apakah yang dimaksud elastisitas? Bagaimana pengaruh gaya pada sifat elastisitas bahan?

Pertanyaan tersebut akan dijawab pada pembahasan berikut ini.

1.        Elastisitas

Sifat elastis atau elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan (Nurfauziawati, 2010: 4). Ada juga yang mengatakan Elastisitas adalah sifat benda yang cenderung mengembalikan keadaan ke bentuk semula setelah mengalami perubahan bentuk karena pengaruh gaya (tekanan atau tarikan) dari luar (Haryadi, 2008: 55).

Berdasarkan pengertian elastisitas di atas maka elastisitas itu sendiri adalah suatu benda yang memiliki sifat kecenderungan dapat kembali dalam posisi awalnya akibat adanya gaya dari luar.

Seperti pada sebuah pegas yang digantungi dengan beban pada salah satu sisi ujungnya, akan kembali ke bentuk semula jika beban tersebut kita ambil kembali. Contoh lainnya adalah ketapel dan karet gelang jika kita rentangkan maka akan terjadi pertambahan panjang pada kedua benda tersebut, tapi jika gaya yang bekerja pada kedua benda tersebut dihilangkan, maka kedua benda tersebut akan kembali ke bentuk semula. Sebuah benda dapat dikatakan elastis sempurna jika gaya penyebab perubahan bentuk hilang maka benda akan kembali ke bentuk semula. Benda yang bersifat elastis sempurna yaitu mempunyai batas-batas deformasi yang disebut limit elastik sehingga jika melebihi dari limit elastik maka benda tidak akan kembali ke bentuk semula.

Benda yang tidak elastis adalah benda yang tidak kembali ke bentuk awalnya saat gaya dilepaskan, misalnya saja pada adonan kue. Bila kita menekan adonan kue, bentuknya akan berubah, tetapi saat gaya dilepaskan dari adonan kue tersebut, maka adonan kue tidak dapat kembali ke bentuk semula.

Perbedaan antara sifat elastis dan plastis adalah pada tingkatan dalam besar atau kecilnya deformasi yang terjadi. Dalam pembahasan sifat elastis pada benda perlu diasumsikan bahwa benda-benda tersebut mempunyai sifatsifat berikut:

ü  Homogen artinya setiap bagian benda mempunyai kerapatan yang sama.

ü  Isotropik artinya pada setiap titik pada benda mempunyai sifatsifat fisis yang sama ke segala arah.

Benda-benda yang memiliki elastisitas atau bersifat elastis, seperti karet gelang, pegas, dan pelat logam disebut benda elastis (Gambar 2). Adapun benda-benda yang tidak memiliki elastisitas (tidak kembali ke bentuk awalnya) disebut benda plastis. Contoh benda plastis adalah tanah liat dan plastisin (lilin mainan). Ketika diberi gaya, suatu benda akan mengalami

deformasi, yaitu perubahan ukuran atau bentuk. Karena mendapat gaya, molekul-molekul benda akan bereaksi dan memberikan gaya untuk menghambat deformasi. Gaya yang diberikan kepada benda dinamakan gaya luar, sedangkan gaya reaksi oleh molekul-molekul dinamakan gaya dalam. Ketika gaya luar dihilangkan, gaya dalam cenderung untuk mengembalikan bentuk dan ukuran benda ke keadaan semula. Apabila sebuah gaya F diberikan pada sebuah pegas (Gambar 3.), panjang pegas akan berubah.

Deformasi pada benda akan menyebabkan perubahan bentuk tetapi tidak ada perubahan volume, dan benda yang.mengalami kompresi akan terjadi perubahan volume tetapi tidak terjadi deformasi. Nilai keelastisitasan ini disebut juga modulus elastisitas.

2.      Tegangan

Tegangan (stress) didefinisikan sebagai gaya yang diperlukan oleh benda untuk kembali ke bentuk semula. Atau gaya F yang diberikan pada benda dibagi dengan luas penampang A tempat gaya tersebut bekerja. 

Tegangan merupakan sebuah besaran skalar dan memiliki satuan N/m² atau Pascal (Pa). F adalah gaya (N), dan A adalah luas penampang (m²).

Selain itu, menurut (Nurfauziwati, 2010: 6) tegangan dapat dikelompokkan menjadi :

1.      Tegangan normal

Tegangan normal yaitu intensitas gaya normal per unit luasan. Tegangan normal dibedakan menjadi tegangan normal tekan atau kompresi dan tegangan normal tarik. Apabila gaya-gaya dikenakan pada ujung-ujung batang sedemikian rupa sehingga batang dalam kondisi tertarik, maka terjadi tegangan tarik pada batang, jika batang dalam kondisi tertekan maka terjadi tegangan tekan.

2.      Tegangan geser

Tegangan geser adalah gaya yang bekerja pada benda sejajar dengan penampang.

3.      Tegangan volume

Tegangan volume adalah gaya yang bekerja pada suatu benda yang menyebabkan terjadinya perubahan volume pada benda tersebut tetapi tidak menyebabkan bentuk benda berubah.

3.      Regangan

Perubahan relatif dalam ukuran atau bentuk suatu benda karena pemakaian tegangan disebut regangan (strain). Regangan adalah suatu besaran yang tidak memiliki dimensi karena rumusnya yaitu meter per meter (Nurfauziwati, 2010: 6). Sedangkan menurut Haryadi (2008: 57) Regangan merupakan ukuran mengenai seberapa jauh batang tersebut berubah bentuk. Definisi regangan berdasarkan rumusnya adalah perubahan panjang ΔL dibagi dengan panjang awal benda L .

Bahan-bahan logam biasanya diklasifikasikan sebagai bahan liat (ductile) atau bahan rapuh (brittle). Bahan liat mempunyai gaya regangan (tensile strain) relatif besar sampai dengan titik kerusakan seperti baja atau aluminium. Sedangkan bahan rapuh mempunyai gaya regangan yang relatif kecil sampai dengan titik yang sama. Batas regangan 0,05 sering dipakai untuk garis pemisah diantara kedua kelas bahan ini. Besi cor dan beton merupakan contoh bahan rapuh.

4.      Modulus Elastisitas (modulus Young)

Modulus elatisitas suatu benda dapat dihitung melalui pemberian beban sebagai tegangan yang diberikan pada benda tersebut dan mengamati penunjukan oleh garis rambut sebagai regangannya.  

5.      Hukum Hooke

Hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas dengan pertambahan panjang pegas x pada daerah elastisitas pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1635 - 1703), yang kemudian dikenal dengan Hukum Hooke. Pada daerah elastis linier, besarnya gaya F sebanding dengan pertambahan panjang x.

Hubungan antara tegangan dan regangan erat kaitannya dalam teori elastisistas. Apabila hubungan antara tegangan dan regangan dilukiskan dalam bentuk grafik, dapat diketahui bahwa diagram tegangan-regangan berbeda-beda bentuknya menurut jenis bahannnya. Hal ini membuktikan bahwa keelastisitasan benda dipengaruhi bahan dari bendanya. Dapat kita ambil contoh grafik keelastisitasan suatu logam kenyal. 

Pada bagian awal kurva, tegangan dan regangan bersifat proporsional sampai titik a tercapai. Hubungan proporsional antara tegangan dan regangan dalam daerah ini sesuai dengan Hukum Hooke. Dikutip dari buku Fisika untuk SMA Kelas XI (Marthen Kanginan : 2004), hukum Hooke dinamakan sesuai dengan nama pencetusnya yaitu Robert Hooke, seorang arsitek yang ditugaskan untuk membangun kembali gedung-gedung di London yang mengalami kebakaran pada tahun 1666. Beliau menyatakan bahwa:

“Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastisitas pegas, maka pertambahan panjang pegas berbanding lurus (sebanding) dengan gaya tariknya.”