Elastisitas Benda : Tegangan dan Regangan

1. Elastisitas
Elastisitas adalah sifat suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya setelah gaya luar dihilangkan. Perubahan bentuk tersebut dapat berupa pertambahan atau pengurangan panjang (Bueche, 2006). Sebuah benda dikatakan elastik sempurna jika setelah gaya penyebab  perubahan bentuk dihilangkan. Sifat dari elastik adalah lentur, fleksibel, dapat mengikuti bentuk dan tidak getas. Banyak benda yang hampir elastik sempurna, yaitu sampai depormasi yang terbatas disebut limit elastiknya, dan apabila gaya-gaya  dihilangkan, maka benda tersebut tidak kembali ke bentuk semula. Beberapa bahan mendekati sifat tidak elastik sempurna dan menujukkan  tidak ada kecenderungan untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya dihilangkan. Bahan ini disebut bersifat pelastik yakni getar, keras namun relatif mudah hancur dibanding benda pejal atau solid (Soedojo, 2004).

Elastisitas adalah sifat suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya setelah gaya luar dihilangkan. Perubahan bentuk tersebut dapat berupa pertambahan atau pengurangan panjang. Elastisitas sautu benda sangat erat kaitannya dengan tegangan dan regangan. Tegangan adalah gaya-gaya yang merenggang per satuan luas penampang yang dikenainya sedangkan regangan (ε) adalah perubahan bentuk akibat tegangan, diukur sebagai rasio perubahan dari sejumlah dimensi benda terhadap dimensi awal dimana perubahan terjadi (Kanginan, 2005).
(sumber gambar : pixabay.com)

Sebenarnya perbedaan antara sifat elastik dan pelastik hanyalah terletak pada tingkatan dalam besar atau kecilnya deformasi yang terjadi. Anggap saja benda-benda ini bersifat homogen dan isotropik. Homogen berarti pada setiap bagian benda mempunyai  kerapatan sama. Sedangkan isotropik artinya pada setiap titik pada benda mempunyai sifat-sifat fisis sama kesegala arah (Ganijanti, Aby Sarojo. 2002:318).

2. Tegangan
Tegangan adalah gaya-gaya yang merenggang per satuan luas penampang yang dikenainya (Bahtiar, 2010 ). Secara kuantitatif tegangan dapat dinyatakan dengan berbagai cara, yang paling sering adalah tegangan permukaan, yakni gaya yang dikerahkan ke bidang permukaan per satuan panjang ( Robert, 1991). Tegangan permukaan dinyatakan sebagai gaya per satuan panjang yang diperlukan untuk memperluas permukaan. Simbol yang digunakan untuk tegangan permukaan adalah γ dan satuannya adalah dyne/cm (Sutrisno, 1992).

Tegangan permukaan atau tegangan antar muka adalah suatu gaya nyata yang efeknya tampak pada tingkat makroskopik seperti halnya pada tingkat molekuler. Hal ini dapat dilukiskan dengan meletakkan sebuah kerangka kawat dengan batang yang dapat bergerak dalam larutan energi per satuan luas jika kerja yangdiperlukan untuk memindahkan batang yang bergerak dengan suatu jarak kecil. Kebanyakan antar yang tercakup dalam sistem farmasetik berbentuk lengkung (Lachman, 1994). Tegangan dapat diformulasikan sebagai  σ = F/A (Gandavi, 2010):
σ  = Tegangan (N/m2)
F  = Gaya tarikan (N)
A = Luas penampang (m2)

         
3. Regangan
Regangan (ε) adalah perubahan bentuk akibat tegangan, diukur sebagai rasio perubahan dari sejumlah dimensi benda terhadap dimensi awal dimana perubahan terjadi (Kanginan, 2005). Jika suatu benda ditarik atau ditekan, gaya P yang diterima benda mengakibatkan adanya ketegangan antarpartikel dalam material yang besarnya berbanding lurus. Perubahan tegangan partikel ini menyebabkan adanya pergeseran struktur material regangan atau himpitan yang besarnya juga berbanding lurus. Karena adanya pergeseran, maka terjadilah deformasi bentuk material misalnya perubahan panjang menjadi L + ∆L (atau L - ∆L). Dimana L adalah panjang awal benda dan ∆L adalah perubahan panjang yang terjadi. Rasio perbandingan antara ∆L terhadap L inilah yang disebut strain (regangan) dan dilambangkan dengan “ε” (epsilon). Dengan demikian didapatkan rumus  ε = ∆L/L (Gandavi, 2010):
ε = regangan/ strain
L = panjang benda mula-mula (m) 
∆L = perubahan panjang benda (m)
          
Regangan tidak memiliki satuan karena merupakan rasio dari besaran-besaran yang sama. Menurut Hooke regangan sebanding dengan tegangannya, dimana yang dimaksud dengan regangan adalah persentase perubahan dimensi. Terdapat 3 macam regangan, yakni regangan panjang, regangan volume, dan regangan sudut (Zemansky, 1982).

a. Regangan Panjang
Dengan panjang semula sewaktu tiada regangan 1o dan penambahan panjang Δ1 akibat tegangan, regangannya diberikan oleh Δ1/1o.Berdasarkan hukum Hooke ditulis ; γ = (Δ1/1o). Dengan tetapan pembanding lurus γ yang dinamakan modulus elastisitas young.

b. Regangan Volume
Sudah tentu regangan volume yang dimaksud bukan penambahan volume melainkan pengerutan volum akibat penekanan. Untuk itu menurut hukum Hook dapat ditulis : B = (-ΔV/Vo). Dengan B ialah apa yang disebut modulus ketegaran (modulus of rigidity) yang besarnya kurang lebih 1/3 modulus young.


c. Regangan Sudut
Yang dimaksud dengan regangan sudut atau regangan luncuran sesudut ф ialah deformasi, yakni perubahan bentuk yang berkaitan dengan sudut luncuran. Berbeda dengan tegangan ataupun tekanan yang arahnya tegak lurus permukaan yang dikenainya, maka gaya luncuran F adalah pada arah meluncur sepanjang permukaan yang mengakibatkan timbulnya sudut luncuran. Sejalan dengan regangan-regangan lain, menurut hukum Hooke, dapat ditulis : Mф = F/A Dengan A ialah luas`permukaan yang dikenai gaya luncuran dan M adalah apa yang dinamakan modulus luncuran/Shear Modulus (Soedojo, 2004).

4. Modulus Young
Modulus young merupakan besaran yang menyatakan sifat elastis suatu bahan tertentu dan bahan menunjukkan langsung seberapa jauh sebuah batang atau kabel atau pegas yang bersangkutan mengalami perubahan akibat pengaruh beban. Konstanta k atau perbandingan gaya terhadap perpanjangan disebut konstanta gaya atau kekuatan pegas. Bilangannya sama dengan gaya yang diperlukan untuk menghasilkan perpanjangan satuan (Sears, 1984).
Perbandingan tegangan terhadap regangan, atau tegangan per satuan regangan, disebut modulus young bahan yang bersangkutan. Semakin besar modulus young, semakin besar pula tegangan yang diperilakukan untuk regangan tertentu. Menentukan Modulus Young dari suatu bahan tidak terlepas dari sifat elastisitas suatu benda dan batas elastisnya. Modulus Young atau Modulus elastisitas di definisikan sebagai : Modulus Young = Tegangan/Regangan. Modulus tersebut memiliki satuan yang sama dengan tegangan yaitu N/m2 atau Pa. Modulus yang besar di butuhkan untuk menghasilkan regangan yang diberikan benda tersebut kaku.Oleh karena itu : E = σ/ε  (Budi, 2011).
E : modulus young (N/m2)
σ : tegangan (N/m2)
ɛ : regangan
              
Nilai E hanya bergantung pada bahan kawat atau batang, dan tidak bergantung pada dimensi atau konfigurasinya. Sebagai konsekuensinya, modulus young adalah ukuran dasar yang penting dari perilaku mekanis bahan (Bueche, 2006).

Pustaka:
Bahtiar., Nugroho N, dan Surjokusumo. 2010. Estimating Young’s Modulus and Modulus of Rupture of Coconut Logs using Reconstruction Method. Jurnal Civil Engineering Dimension Volume 12, Nomor 2
Budi, Gatot Setya. 2011. Pengujian Kuat Tarik dan Modulus Elastisitas Tulangan Baja (Kajian terhadap Tulangan Baja dengan Sudut Bengkok 45°, 90°, 135°). Jurnal Teknik Sipil Untan Volume 11, Nomor 1.
Bueche, Frederick J dan Eugene Hecht. 2006. Fisika Universitas.Erlangga. Jakarta
Gandavi, Ariv. 2010. Pengaruh Perubahan Waktu Annealing Hingga 20 menit terhadap Struktur Mikro dan Kuat Tarik Baja Tabung JIS G3116 SG 295.
Ganijanti, Aby Sarojo. 2002. Seri Fisika Dasar Mekanika. Salemba Teknika. Jakarta 
Ghozali, Imam. 2012. Aplikasi Analisis Multivariate dengan Program IBM SPSS. Universitas Diponegoro. Yogyakarta
Giancoli. 2001. Fisika Edisi ke-5 Jilid 1. Erlangga.  Jakarta
Gujarati. 2009. Dasar-Dasar Ekonometrika. Salemba Empat. Jakarta 
Hopcroft, Matthew A., Thomas W. Kenny, dan William D. Nix. 2010. What is the Young’s Modulus of Silicon?. Journal of Microelectromechanical Systems Volume 19, Nomor 2
Robert C. Reid. 1991. Sifat Gas dan Zat Cair. PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta 
Sears, Francis W., Mark W. Zemansky, dan Hugh D. Young. 1984. University Physics Sixth Edition Part I. Addison-Wesley. Massachusetts
Soedojo, Peter. 2004. Fisika Dasar. Andi. Yogyakarta
Praweda, Adi. 2000. Fisika untuk Universitas. Erlangga. Jakarta 
Young, Hugh D., dan Roger A. Freedman. 1998. University Physics 9th Edition. Addison-Wesley. Massachusetts
Zemansky, Sears. 1982. Fisika untuk Universitas 1 Mekanika Panas Bunyi. Bina Cipta. Bandung