Modulus geser: deskripsi kekakuan suatu material

Modulus elastisitas melintang, juga disebut modulus geser, modulus geser, atau modulus kekakuan, adalah konstanta elastis yang mencirikan perubahan bentuk yang dialami bahan elastis ketika tegangan geser diterapkan dan didefinisikan sebagai rasio tegangan geser dan tegangan geser . deformasi. Dinamakan sebagai  G  atau kurang umum dengan  S  atau μ . Satuan modulus elastisitas transversal dinyatakan dalam sistem satuan internasional adalah Pascal (Pa), tetapi nilai umumnya dinyatakan dalam gigapascal (GPa). 

• Nilai modulus geser yang besar menunjukkan bahwa benda tersebut sangat kaku. Dengan kata lain, diperlukan gaya yang besar untuk menghasilkan deformasi.
• Nilai modulus geser yang kecil menunjukkan bahwa suatu zat padat bersifat lunak atau lentur. Sedikit kekuatan diperlukan untuk merusaknya.
• Definisi fluida adalah zat dengan modulus geser nol. Setiap kekuatan merusak permukaannya.

Persamaan Modulus Geser

Modulus geser ditentukan dengan mengukur deformasi benda padat dengan menerapkan gaya paralel ke satu permukaan benda padat, sementara gaya berlawanan bekerja pada permukaan yang berlawanan dan menahan benda padat di tempatnya. Pikirkan geser sebagai dorongan ke sisi balok, dengan gesekan sebagai gaya lawan. Contoh lain adalah mencoba memotong kawat atau rambut dengan gunting tumpul.

Persamaan untuk modulus geser adalah:

G = τxy _/  γxy ₌  F / A / Δx / l = Fl / AΔx

Di mana:

• G adalah modulus geser atau modulus kekakuan
• τ _xy  adalah tegangan geser
• γ _xy  adalah regangan geser
• A adalah area di mana gaya bekerja
• Δx adalah perpindahan transversal
• l adalah panjang awal

Regangan geser adalah Δx / l = tan θ atau terkadang = θ , di mana θ adalah sudut yang dibentuk oleh regangan yang dihasilkan oleh gaya yang diberikan.

Bahan Isotropik dan Anisotropik

Pada dasarnya ada dua jenis respons material, beberapa bersifat isotropik sehubungan dengan geser, yang berarti bahwa deformasi sebagai respons terhadap suatu gaya adalah sama terlepas dari orientasinya. Bahan lain bersifat anisotropik dan merespons tekanan atau regangan secara berbeda tergantung pada orientasi. Bahan anisotropik jauh lebih rentan terhadap geser sepanjang satu sumbu daripada yang lain. Misalnya, pertimbangkan perilaku balok kayu dan bagaimana responsnya terhadap gaya yang diterapkan sejajar dengan serat kayu dibandingkan dengan responsnya terhadap gaya yang diterapkan tegak lurus terhadap serat. Pertimbangkan cara berlian merespons gaya yang diberikan. Kemudahan kristal dipotong tergantung pada orientasi gaya sehubungan dengan kisi kristal.

Pengaruh suhu dan tekanan

Seperti yang diharapkan, respons suatu material terhadap gaya yang diterapkan berubah dengan suhu dan tekanan. Pada logam, modulus geser umumnya menurun dengan meningkatnya suhu. Kekakuan berkurang dengan meningkatnya tekanan. Tiga model yang digunakan untuk memprediksi pengaruh temperatur dan tekanan terhadap modulus geser adalah model tegangan aliran plastis atau tegangan ambang batas mekanis (MTS), model modulus geser Nadal dan LePoac (NP ) dan model modulus geser Steinberg-Cochran-Guinan (SCG). Untuk logam, cenderung ada daerah suhu dan tekanan dimana perubahan modulus gesernya linier. Di luar rentang ini, perilaku pemodelan lebih rumit.

Tabel nilai modul pemotongan

Ini adalah tabel nilai modulus geser sampel pada suhu kamar. Material lunak dan lentur cenderung memiliki nilai modulus geser yang rendah. Alkali tanah dan logam dasar memiliki nilai menengah. Logam dan paduan transisi memiliki nilai tinggi. Misalnya, intan adalah zat yang keras dan kaku, sehingga memiliki modulus pemotongan yang sangat tinggi.

Perhatikan bahwa nilai modulus Young mengikuti tren yang serupa. Modulus Young adalah ukuran kekakuan atau resistansi linier suatu benda padat terhadap deformasi. Modulus geser, modulus Young, dan modulus curah adalah modulus elastisitas, semuanya berdasarkan hukum Hooke dan dihubungkan satu sama lain dengan persamaan.

Sumber

• Crandall, Dahl, Lardner. (1959). Pengantar mekanika benda padat . Boston: McGraw-Hill. ISBN 0-07-013441-3.
• Guinan, M; Steinberg, D. (1974). “Turunan tekanan dan suhu dari modulus geser polikristalin isotropik untuk 65 elemen”.  Jurnal Fisika dan Kimia Padatan. 35 (11): 1501. doi: 10.1016 / S0022-3697(74)80278-7
• Landau LD, Pitaevskii, LP, Kosevich, AM, Lifshitz EM (1970). Teori Elastisitas, Vol. 7. (Fisika Teoritis). Edisi ke-3 Pergamum: Oxford. ISBN: 978-0750626330
• Varshni, Y. (1981). “Suhu ketergantungan konstanta elastis”. Tinjauan FisikB. 2(10):3952.