Itu modulus geser didefinisikan sebagai rasio tegangan geser terhadap tegangan geser. Ia juga dikenal sebagai modulus kekakuan dan dapat dilambangkan dengan G atau kurang umum oleh S atau μ. Satuan SI dari mencukur modulus adalah Pascal (Pa), tetapi nilai biasanya dinyatakan dalam gigapascal (GPa). Dalam satuan bahasa Inggris, modulus geser diberikan dalam satuan pound per inci persegi (PSI) atau kilo (ribuan) pound per persegi dalam (ksi).
- Nilai modulus geser besar menunjukkan a padat sangat kaku. Dengan kata lain, kekuatan besar diperlukan untuk menghasilkan deformasi.
- Nilai modulus geser kecil menunjukkan padatan lunak atau fleksibel. Diperlukan sedikit kekuatan untuk merusaknya.
- Salah satu definisi fluida adalah zat dengan modulus geser nol. Setiap kekuatan merusak permukaannya.
Persamaan Modulus geser
Modulus geser ditentukan dengan mengukur deformasi padatan dari menerapkan gaya paralel satu permukaan benda padat, sementara gaya yang berlawanan bertindak pada permukaan yang berlawanan dan menahan benda padat di tempatnya. Pikirkan geser sebagai mendorong satu sisi balok, dengan gesekan sebagai kekuatan lawan. Contoh lain adalah berusaha memotong kawat atau rambut dengan gunting kusam.
Persamaan untuk modulus geser adalah:
G = τxy / γxy = F / A / Δx / l = Fl / AΔx
Dimana:
- G adalah modulus geser atau modulus kekakuan
- τxy adalah tegangan geser
- γxy adalah regangan geser
- A adalah area di mana gaya bertindak
- Δx adalah perpindahan melintang
- l adalah panjang awal
Regangan geser adalah Δx / l = tan θ atau kadang-kadang = θ, di mana θ adalah sudut yang dibentuk oleh deformasi yang dihasilkan oleh gaya yang diberikan.
Contoh Perhitungan
Misalnya, cari modulus geser sampel di bawah tekanan 4x104N/ m2 mengalami ketegangan 5x10-2.
G = τ / γ = (4x104 Tidak ada2) / (5x10-2) = 8x105 Tidak ada2 atau 8x105 Pa = 800 KPa
Bahan Isotropik dan Anisotropik
Beberapa bahan isotropik berkenaan dengan geser, yang berarti deformasi dalam menanggapi gaya adalah sama terlepas dari orientasi. Bahan-bahan lain bersifat anisotropik dan merespons secara berbeda terhadap stres atau tekanan tergantung pada orientasi. Bahan anisotropik jauh lebih rentan untuk dicukur sepanjang satu sumbu daripada yang lain. Sebagai contoh, pertimbangkan perilaku balok kayu dan bagaimana kayu tersebut merespons gaya yang diterapkan sejajar dengan serat kayu dibandingkan dengan responsnya terhadap gaya yang diterapkan tegak lurus terhadap serat tersebut. Pertimbangkan cara berlian merespons gaya yang diberikan. Seberapa mudah gunting kristal tergantung pada orientasi gaya sehubungan dengan kisi kristal.
Pengaruh Suhu dan Tekanan
Seperti yang Anda harapkan, respons material terhadap perubahan gaya yang diterapkan dengan suhu dan tekanan. Dalam logam, modulus geser biasanya berkurang dengan meningkatnya suhu. Kekakuan berkurang dengan meningkatnya tekanan. Tiga model yang digunakan untuk memprediksi efek suhu dan tekanan pada modulus geser adalah Mechanical Threshold Stress (MTS) model tegangan aliran plastik, model modulus geser geser Nadal dan LePoac (NP), dan modulus geser geser Steinberg-Cochran-Guinan (SCG) model. Untuk logam, cenderung ada daerah suhu dan tekanan di mana perubahan dalam modulus geser adalah linier. Di luar kisaran ini, perilaku pemodelan lebih sulit.
Tabel Nilai Modulus Shear
Ini adalah tabel nilai modulus geser sampel di suhu kamar. Bahan lunak, fleksibel cenderung memiliki nilai modulus geser rendah. Alkali tanah dan logam dasar memiliki nilai menengah. Logam transisi dan paduan memiliki nilai tinggi. berlian, zat keras dan kaku, memiliki modulus geser yang sangat tinggi.
| Bahan | Shear Modulus (GPa) |
| Karet | 0.0006 |
| Polyethylene | 0.117 |
| Kayu lapis | 0.62 |
| Nilon | 4.1 |
| Timbal (Pb) | 13.1 |
| Magnesium (Mg) | 16.5 |
| Kadmium (Cd) | 19 |
| Kevlar | 19 |
| Beton | 21 |
| Aluminium (al) | 25.5 |
| Kaca | 26.2 |
| Kuningan | 40 |
| Titanium (Ti) | 41.1 |
| Tembaga (cu) | 44.7 |
| Besi (Fe) | 52.5 |
| Baja | 79.3 |
| Berlian (c) | 478.0 |
Perhatikan bahwa nilai untuk Modulus muda ikuti tren yang sama. Modulus Young adalah ukuran kekakuan padatan atau ketahanan linier terhadap deformasi. Modulus geser, modulus Young, dan modulus curah adalah modulii dari elastisitas, semua berdasarkan pada hukum Hooke dan terhubung satu sama lain melalui persamaan.
Sumber
- Crandall, Dahl, Lardner (1959). Pengantar Mekanika Padatan. Boston: McGraw-Hill. ISBN 0-07-013441-3.
- Guinan, M; Steinberg, D (1974). "Turunan tekanan dan suhu dari modulus geser isotropik polikristalin untuk 65 elemen". Jurnal Fisika dan Kimia Padatan. 35 (11): 1501. doi:10.1016 / S0022-3697 (74) 80278-7
- Landau L.D., Pitaevskii, L.P., Kosevich, A.M., Lifshitz E. M. (1970). Teori Elastisitas, vol. 7. (Fisika Teoritis). 3rd Ed. Pergamon: Oxford. ISBN: 978-0750626330
- Varshni, Y. (1981). "Ketergantungan Suhu pada Konstanta Elastis". Ulasan Fisik B. 2 (10): 3952.