Penjelasan Modulus Geser:Definisi, Nilai Khas, dan Contoh Praktis
Diagram modulus geser dengan Δx adalah perpindahan, l adalah panjang awal, θ adalah sudut perpindahan, A adalah luas dan F adalah gaya.
Hal ini berbeda dengan modulus Young (atau modulus elastisitas), yang mengacu pada ketahanan material terhadap deformasi akibat gaya tarik atau tekan. Namun, konsep-konsep ini (bersama dengan modulus curah di bawah gaya atau tekanan seragam) semuanya berasal dari hukum Hooke. Robert Hooke menetapkan pada abad ke-17 bahwa deformasi yang dialami suatu material (dalam kasusnya, pegas) sebanding dengan gaya yang diterapkan padanya.
Konsep modulus geser berkembang lebih jauh ketika, pada abad ke-19, Augustin-Louis Cauchy menurunkan persamaan modulus geser. Metode eksperimental untuk mengukur modulus geser baru dikembangkan pada awal abad ke-20.
Satuan SI (Système International) untuk modulus geser adalah Pascal (Pa), sama dengan tekanan. Namun, karena nilai yang umum diukur, sebagian besar modulus geser dilaporkan dalam satuan gigapascal (GPa), yaitu 1x109Pa.
Apa Contoh Modulus Geser?
Contoh modulus geser terjadi pada baja struktural yang digunakan untuk membuat bangunan besar. Baja struktural harus mampu menahan gaya tarik dan tekan, yang keduanya mudah dihitung melalui modulus Young. Namun gaya luar seperti beban angin dapat menimbulkan tegangan puntir pada struktur. Hal ini menyebabkan tegangan geser pada anggota baja. Baja dipilih sebagai material komponen struktur ini karena modulus gesernya yang sangat tinggi. Bahan ini sangat kaku dan tahan terhadap deformasi yang disebabkan oleh gaya geser.
Berapakah Nilai Modulus Geser?
Kisaran nilai modulus geser untuk berbagai material umum diberikan pada Tabel 1 di bawah ini:
Logam memiliki modulus geser yang relatif tinggi, mulai dari timbal (misalnya) pada sisi yang lebih lunak, hingga baja tahan karat pada sisi yang lebih kaku. Bahan lain seperti beton, kaca, dan kayu menunjukkan nilai kekakuan yang serupa tetapi berada pada skala yang lebih rendah. Pada plastik, modulus gesernya jauh lebih rendah, sehingga menunjukkan nilai kekakuan yang sangat rendah. Karet diberikan sebagai contoh bahan padat (viskoelastik) yang dinilai khusus karena kekakuannya yang rendah.
Bagaimana Nilai Modulus Geser Dinyatakan?
Nilai modulus geser paling sering dinyatakan dalam Gigapascal. Modulus adalah rasio antara tegangan geser yang diberikan pada material (sebagai gaya per satuan luas) dan regangan geser (atau perpindahan) permukaan material. Hasilnya dinyatakan sebagai nilai tunggal, secara teknis dalam satuan Pascal. Namun, karena sebagian besar nilai modulus geser yang berguna (misalnya logam biasa) berada pada kisaran 5x1010 Pa, nilai modulus geser biasanya dinyatakan dalam satuan Gigapascal (GPa). Hal ini mengubah nilai 5x1010 Pa yang rumit menjadi modulus geser 50 GPa, sehingga lebih mudah untuk dilaporkan.
Nilai modulus geser juga dapat dinyatakan dalam satuan psi, namun nilainya perlu diberikan dalam notasi ilmiah karena ukurannya. Contoh modulus geser 50 GPa akan dinyatakan sebagai 7,3x106 psi.
Apa yang Ditunjukkan oleh Modulus Geser Tinggi?
Modulus geser yang tinggi menunjukkan material yang sangat kaku — material yang tidak mudah berubah bentuk karena tekanan yang signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa bahan tersebut keras. Modulus geser di atas 50 GPa secara umum dianggap tinggi, karena sebagian besar logam lunak memiliki modulus geser 40 GPa atau lebih rendah. Namun, julukan modulus tinggi atau rendah sangat bergantung pada penerapan spesifiknya. Modulus gesernya perlu dipertimbangkan terhadap kebutuhan aplikasi dan material lain yang akan berbagi ruang tekniknya.
Apa yang Ditunjukkan oleh Modulus Geser Rendah?
Modulus geser yang rendah menunjukkan suatu material yang relatif mudah mengalami deformasi. Sejumlah kecil tegangan (gaya per satuan luas) yang diberikan pada material akan menyebabkan distorsi. Secara umum, modulus geser apa pun di bawah 10 GPa dapat dianggap rendah — manusia akan mampu mengubah bentuk material tersebut dengan tangan tanpa banyak kesulitan. Namun, kesesuaian modulus geser suatu material harus dinilai sehubungan dengan penerapannya dan potensi material alternatif yang dapat dipertimbangkan.
Bahan Apa yang Memiliki Modulus Geser Tertinggi?
Intan memiliki modulus geser tertinggi yang diketahui, biasanya dilaporkan pada kisaran 480-520 GPa. Ini adalah urutan besarnya lebih tinggi daripada kebanyakan logam. Berlian juga memiliki modulus Young tertinggi, menjadikannya terkenal sebagai bahan alami terkeras di dunia. Berlian sangat kaku; bahkan ketika ditempatkan di bawah tekanan (gaya) yang besar, ia akan mengalami perpindahan yang sangat kecil (regangannya rendah).
Intan memiliki modulus geser tertinggi karena ikatan kovalen dalam kisi karbonnya. Atom karbon membentuk struktur kristal kubik intan tertentu yang mengemasnya dengan sangat rapat sehingga membuat kisi-kisinya menjadi sangat keras. Namun, berlian tidak terlalu tahan pecah karena dapat dibelah pada bidang tertentu.
Bagaimana Modulus Geser Ditentukan?
Pengujian yang berbeda dapat digunakan untuk menentukan modulus geser, dengan sejumlah variasi peralatan dan metode tergantung pada sifat material yang diuji. Sebagian besar pengujian untuk material padat didasarkan pada torsi rotasi batang atau silinder berongga. Standar ASTM D2236, misalnya, menggunakan silinder berongga dengan pendulum (cakram besar) di ujungnya dan memberikan torsi (rotasi) pada cakram terlebih dahulu ke satu arah, lalu ke arah lainnya. Anda dapat menghitung modulus geser dengan mengukur periode pendulum torsi ini (yaitu waktu antar puncak).
Metode lainnya adalah uji torsi statis. Tes ini menggunakan batang material, memutarnya dengan jarak sudut tertentu, dan kemudian mengukur tegangannya. Dengan cara ini, hubungan tegangan vs regangan dapat diplot untuk material tersebut. Berbagai metode pengujian standar ASTM menerapkan uji torsi statis untuk mengukur modulus geser, seperti ASTM E143 untuk material struktural, atau ASTM A938 untuk kawat logam sebagai contoh.
Apa Persamaan Modulus Geser itu?
Modulus geser diwakili oleh huruf besar G. Dalam beberapa konteks, simbol S atau μ juga telah digunakan untuk modulus geser, tetapi simbol tersebut kurang umum. Persamaan modulus geser adalah sebagai berikut:
Ini adalah rasio tegangan geser (τ) terhadap regangan geser (γ) pada bidang xy.
Apa Perbedaan Antara Modulus Geser dan Modulus Young?
Untuk memahami perbedaan antara modulus geser dan modulus Young, pertama-tama kita harus memahami bahwa modulus Young adalah rasio tegangan (khususnya tegangan tekan atau tarik) terhadap regangan. Ini menunjukkan kekakuan suatu benda padat dan disebut juga sebagai modulus elastisitas.
Modulus geser adalah konsep yang serupa, tetapi menggambarkan rasio tegangan terhadap regangan akibat gaya geser, bukan gaya tekan atau tarik. Oleh karena itu, pengukurannya tidak sama dengan modulus Young tetapi seringkali memiliki nilai yang serupa. Modulus geser kadang-kadang disebut sebagai modulus kekakuan.
Kedua modulus tersebut biasanya terkait satu sama lain, seperti halnya modulus massal yang ditemukan menggunakan rasio Poisson. Dengan asumsi bahwa material mematuhi hukum Hooke untuk masing-masing sifat ini (yaitu regangan sebanding dengan tegangan yang diterapkan), setiap nilai dapat diperkirakan melalui hubungan berikut:
2G(1+υ) =E =3K(1−2υ)
Dimana:
G - modulus geser
E - Modulus Young
K - modulus massal
υ - rasio Poisson
Penafian
Konten yang muncul di halaman web ini hanya untuk tujuan informasi. Xometry tidak membuat pernyataan atau jaminan apa pun, baik tersurat maupun tersirat, mengenai keakuratan, kelengkapan, atau validitas informasi. Parameter kinerja apa pun, toleransi geometrik, fitur desain spesifik, kualitas dan jenis bahan, atau proses tidak boleh dianggap mewakili apa yang akan dikirimkan oleh pemasok atau produsen pihak ketiga melalui jaringan Xometry. Pembeli yang mencari penawaran suku cadang bertanggung jawab untuk menentukan persyaratan khusus untuk suku cadang tersebut. Silakan lihat syarat dan ketentuan kami untuk informasi lebih lanjut.
Dekan McClements
Dean McClements adalah lulusan B.Eng Honors di bidang Teknik Mesin dengan pengalaman lebih dari dua dekade di industri manufaktur. Perjalanan profesionalnya mencakup peran penting di perusahaan terkemuka seperti Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace, dan Hyster-Yale, tempat ia mengembangkan pemahaman mendalam tentang proses teknik dan inovasi.
Baca lebih banyak artikel oleh Dean McClements
