Navigation Buttons
English | Home Artikel Produk/Jasa Akademik Kontak

Modulus Elastisitas

Modulus elastisitas adalah salah satu parameter penting dalam ilmu teknik material dan mekanika. Istilah ini menggambarkan seberapa kaku atau fleksibel suatu bahan ketika diberi gaya eksternal. Secara spesifik, modulus elastisitas mencerminkan hubungan antara tegangan (stress) dan regangan (strain) pada material dalam batas elastisitasnya. Konsep ini membantu insinyur menentukan seberapa besar deformasi yang dapat diterima oleh suatu bahan tanpa menyebabkan perubahan permanen pada strukturnya.

Modulus elastisitas menurut kurva stress-strain adalah gradien kemiringan garis pada zona elastis

Modulus elastisitas (dilambangkan dengan E), adalah ukuran kekakuan material. Rumus modulus elastisitas dapat dinyatakan sebagai:

E = σ/ε

di mana:

  • E adalah modulus elastisitas (satuan: Pascal, Pa).
  • σ atau sigma adalah tegangan (stress) yang didefinisikan sebagai gaya (F) per satuan luas (A) atau σ=F/A.
  • ε atau epsilon adalah regangan (strain), yaitu perubahan panjang relatif terhadap panjang awal, dirumuskan sebagai ε=ΔL/L0.

Penjelasan Langkah demi Langkah

  1. Tegangan (σ): Ini adalah gaya yang bekerja pada suatu permukaan material per satuan luas. Tegangan dinyatakan dalam satuan Pascal (Pa) atau Newton per meter persegi (N/m²). Semakin besar gaya yang diterapkan atau semakin kecil luas permukaan, semakin besar tegangan yang dialami oleh material.
  2. Regangan (ε): Regangan adalah perubahan relatif panjang material terhadap panjang awalnya. Ini adalah besaran tanpa satuan karena merupakan perbandingan panjang yang sama. Jika suatu bahan diregangkan atau ditekan, panjangnya akan berubah, dan perubahan ini dibandingkan dengan panjang aslinya untuk mendapatkan nilai regangan.
  3. Modulus Elastisitas (E): Modulus elastisitas adalah hasil bagi antara tegangan dan regangan pada daerah elastisitas material, yaitu ketika material masih bisa kembali ke bentuk awal setelah gaya dihilangkan. Nilai E menggambarkan seberapa besar tegangan yang diperlukan untuk menghasilkan regangan unit.

Contoh Penggunaan

Misalkan suatu batang baja memiliki panjang awal meter dan luas penampang m². Jika gaya sebesar F= N diterapkan dan batang mengalami perubahan panjang m, kita bisa menghitung modulus elastisitasnya.

  1. Hitung tegangan:σ=F/A=1000 N/0.01 m²=100,000 Pa
  2. Hitung regangan:ε=ΔL/L0=0.001 m/2 m =0.0005
  3. Hitung modulus elastisitas:E=σ/ε=100,000 Pa/0.0005=200,000,000 Pa atau 200 MPa

Hasil ini menunjukkan bahwa modulus elastisitas bahan baja dalam contoh ini adalah 200 MPa, yang menunjukkan bahwa baja memiliki sifat yang sangat kaku.

Dalam ilmu teknik, modulus elastisitas sering disebut sebagai modulus Young, dinamai sesuai dengan ilmuwan Thomas Young yang mengembangkan konsep ini. Bahan dengan modulus elastisitas tinggi, seperti baja atau titanium, cenderung sangat kaku dan sulit berubah bentuk di bawah tekanan. Sebaliknya, bahan dengan modulus elastisitas rendah, seperti karet atau plastik, lebih fleksibel dan mudah mengalami deformasi. Pengetahuan tentang modulus elastisitas sangat berguna dalam menentukan material yang tepat untuk keperluan tertentu, misalnya dalam membangun jembatan, gedung pencakar langit, atau komponen pesawat terbang.

Pengukuran modulus elastisitas dilakukan melalui pengujian tarik atau tekan, di mana material ditarik atau ditekan dengan gaya tertentu hingga terjadi deformasi. Grafik tegangan-regangan yang dihasilkan dari pengujian ini menunjukkan karakteristik elastisitas suatu bahan. Pada awal grafik, terdapat hubungan linier antara tegangan dan regangan, dan kemiringan dari garis ini menggambarkan nilai modulus elastisitas. Semakin curam garisnya, semakin besar modulus elastisitas material tersebut, menandakan bahwa material tersebut membutuhkan gaya yang lebih besar untuk menghasilkan perubahan bentuk yang sama dibandingkan bahan yang memiliki modulus elastisitas lebih rendah.

Pentingnya modulus elastisitas dalam dunia teknik tidak hanya terbatas pada struktur bangunan. Dalam industri otomotif, pemilihan material yang tepat untuk komponen mesin dan struktur kendaraan sangat dipengaruhi oleh modulus elastisitas. Komponen yang lebih kaku dibutuhkan di area yang mengalami tegangan tinggi untuk memastikan kekuatan dan daya tahan, sedangkan bagian yang membutuhkan fleksibilitas dipilih berdasarkan nilai modulus yang lebih rendah. Hal ini juga berlaku pada industri penerbangan, di mana material ringan dengan modulus elastisitas tinggi diperlukan untuk efisiensi bahan bakar serta keamanan.

Dalam era modern, aplikasi modulus elastisitas bahkan semakin luas dengan munculnya teknologi baru, seperti material komposit dan smart materials yang dapat merespons perubahan kondisi lingkungan. Teknologi ini mengandalkan pemahaman mendalam tentang sifat elastisitas material untuk mencapai desain yang lebih efisien dan responsif. Pada akhirnya, modulus elastisitas tidak hanya berfungsi sebagai parameter fisik, tetapi juga sebagai panduan penting bagi para insinyur dalam memilih dan merancang material yang aman, efisien, dan sesuai dengan kebutuhan teknik.

Kontributor: Daris Arsyada

By: Caesar Wiratama

Sumber:

https://www.cmrp.com/blog/faq/analysis-design/exploring-stress-strain-curve-mild-steel.html (diakses pada tanggal 7 November 2024)

https://www.tiktok.com/@pttensor/ (diakses pada tanggal 7 November 2024)