1-2 Analisa Gaya-Dalam
Tinjaulah suatu benda dengan bentuk
sembarang gaya bekerja seperti terlihat pada Gambar 1-2. Pada mekanika teknik,
kita akan memulainya dengan menetapkan resultante gaya yang bekerja untuk
menetapkan apakah benda itu tetap atau tidak. Apabila resultante nol, kita
memperoleh kesetimbangan statis-suatu kondisi yang umumnya dikehendaki pada
struktur. Apabila resultante bukan nol, kita bisa mempergunakan gaya inersia
untuk memperoleh kesetimbangan dinamis. Kasus demikian akan dibahas lebih
lanjut dalam beban dinamis. Untuk saat ini kita hanya membahas kasus
kesetimbangan statis.
Pada
kekuatan bahan, kita membuat penyelidikan tambahan yaitu distribusi gaya-dalam,
hal ini dilakukan dengan melakukan penampang a-a sepanjang benda dan memperlihatkan gaya-dalam yang bekerja pada
penampang, yang dibutuhkan untuk menjaga kesetimbangan diagram benda bebas dari
setiap segmen. Secara umum, gaya-dalam diubah menjadi gaya dan kopel dan
diuraikan menjadi komponen normal dan tangensial terhadap penampang, seperti
diperlihatkan dalam Gambar 1-3.
Gambar 1-2. Penampang selidik a-a
melalui batang terbebani.
Gambar 1-3. Komponen pengaruh dalam
pada penampang selidik a-a.
Origin
sumbu acuan selalu pada titik berat dan merupakan kunci titik acuan penampang.
Meskipun kita belum siap untuk memperlihatkan mengapa demikian, tetapi kita
akan membuktikan pada kesempatan mendatang;
secara khusus kita akan membuktikan gaya normal pada naskah berikut. Apabila
sumbu X normal terhadap penampang,
penampang dikenal sebagai permukaan X,
atau secara singkat, muka X. Arah
sumbu Y dan Z di bidang penampang selalu dipilih berimpit dengan sumbu
prinsipal dari inersia.
Notasi
yang digunakan pada Gambar 1-3 menunjukkan penampang selidik dan arah gaya atau
komponen momen. Indeks pertama menunjukkan muka di mana komponen bekerja;
Indeks kedua menjukkan arah komponen khusus. Berarti Pxy adalah gaya pada muka X yang bekerja dalam arah Y.
Setiap komponen merefleksikan
pengaruh beban terpasang yang berbeda dari setiap batang dan diberikan nama
khusus, sebagai berikut:
Pxx Gaya aksial (Axial force).
Komponen ini mengukur kerja tarikan (atau tekana) di penampang. Suatu tarikan
menyatakan suatu gaya tarik yang cenderung memperpanjang batang, sedangkan
suatu tekanan adalah gaya tekan yang cenderung memperpendek batang. Gaya ini
selalu disebut P.
Pxy,
Pxz Gaya geser
(Shear force). Gaya ini adalah komponen tahanan
total akibat geseran salah satu sisi penampang suatu bagian terhadap bagian
lain. Resultante gaya geser selalu disebut sebagai V, dan komponen Vy
dan Vz menunjukkan
arahnya.
Mxx Torsi (torque).
Komponen ini mengukur tahanan puntir batang dan umumnya diberi simbol T.
Mxy,
Mxz Momen lentur
(Bending momen). Komponen ini mengukur tahanan
lentur batang terhadap sumbu Y dan Z dan selalu dikenal dengan My atau Mz
Dari pembahasan terdahulu, selalu
dijelaskan pengaruh-dalam suatu beban tertentu yang tergantung kepada pemilihan
dan arah penampang. Secara khusus, apabila beban bekerja pada satu bidang,
katakanlah bidang XY, keenam komponen
pada Gambar 1-3 diubah menjadi gaya aksial Pxx
(atau P), gaya geser Pxy (atau V) dan momen lentur Mxz (atau M).
Kemudian, seperti diperlihatkan pada Gambar 1-4a, komponen ini ekuivalen dengan
gaya resultante tunggal R. Suatu
refleksi kecil akan memperlihatkan bahwa apabila penampang diarahkan dengan
cara berbeda, seperti b-b dalam
Gambar 1-4, dimana penampang tegak lurus terhadap R, pengaruh geser pada penampang berkurang menjadi nol dan pengaruh
tarik menjadi maksimum.
Maksud mempelajari kekuatan bahan
adalah agar struktur yang digunakan dijamin aman terhadap pengaruh-dalam
maksimum yang bisa dihasilkan oleh setiap kombinasi beban. Kita akan belajar
terus dan kadang kala melihat selalu tidak mungkin atau sukar memilih suatu
penampang yang tegak lurus terhadap beban resultan; sebagai gantinya, kita bisa
memulainya dengan menganalisa pengaruh yang bekerja pada suatu penampang
seperti pada penampang a-a dari
Gambar 1-2 dan 1-4 dan kemudian mempelajari prosedur ini pada Bab 9, prosedur
yang berkaitan dengan tegangan gabungan. Untuk saat ini, kita membatasi
pelajaran kita terhadap kondisi beban pada penampang di mana pengaruh-dalam
maksimum dapat dilihat dengan pemeriksaan.
|
||||
Gambar 1-4.
sumber: kekuatan bahan (teori kokoh-strength of materials)
penulis: Ferdinand L Singer & Andrew Pytel
alih bahasa: Ir. Darwin Sebayang
PENERBIT: ERLANGGA (1985)