Gaya internal terdistribusi secara seragam di suatu area dan mereka menjadi tegangan normal yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan internal pada suatu titik, atau menjadi tegangan geser yang bekerja secara tangensial, dalam bidang, pada titik tersebut. Gaya yang bekerja pada suatu material menyebabkan perubahan dimensi dan material tersebut dikatakan dalam keadaan tegang. Tegangan adalah rasio gaya yang diterapkan (F) terhadap luas penampang material (A). Tegangan dalam Bahasa Inggris dikenal dengan sebutan stress. Simbol yang digunakan untuk tegangan tarik dan tekan adalah σ (sigma) yang merupakan huruf Yunani. Satuan tegangan adalah pascal (Pa), di mana 1 Pa = 1 N/m².
Gaya tarik
Gaya tarik adalah gaya yang cenderung merentangkan suatu material. Gaya tarik bisa meningkatkan panjang pada material. Penerapan gaya tarik menghasilkan tegangan tarik. Benda atau alat yang pada aplikasinya mengalami gaya tarik antara lain:
- Kabel pada crane yang sedang membawa beban.
- Karet gelang yang sedang ditarik.
- Baut pada pasangan baut dan mur yang dikencangkan.
Gaya tekan
Gaya tekan adalah gaya yang cenderung menekan atau menghancurkan suatu material. Gaya tekan bisa mengurangi panjang pada material. Penerapan gaya tekan menghasilkan tegangan tekan. Contoh benda atau alat yang mengalami gaya tekan antara lain:
- Tiang yang menahan jembatan.
- Sole pada sepatu.
Gaya geser
Gaya geser adalah gaya yang cenderung menggeser atau memotong suatu material. Penerapan gaya geser menghasilkan tegangan geser. Contoh gaya geser dapat dijumpai pada:
- Alat potong logam lembaran.
- Paku rivet yang mengikat dua pelat.
 |
| Gambar 1. Tegangan Tarik, Tekan, dan Geser. (Sumber: NPTEL.) |
Berikut persamaan (rumus) tegangan tarik atau tegangan tekan:
- σ adalah tegangan tarik atau tekan dalam pascal.
- F adalah gaya dalam newton.
- A adalah luas penampang dalam meter persegi.
Pada gaya tarik dan tekan, luas penampang tegak lurus terhadap arah gaya. Di sisi lain pada gaya geser, tegangan geser sama dengan F/A, di mana luas penampang (A) sejajar dengan arah gaya (F). Simbol yang digunakan untuk tegangan geser adalah τ (tau) yang merupakan huruf Yunani.
Berikut persamaan (rumus) tegangan geser:
- τ adalah tegangan geser dalam pascal.
- F adalah gaya dalam newton.
- A adalah luas penampang dalam meter persegi.
Contoh soal mengenai tegangan:
Contoh 1
Batang persegi panjang yang memiliki luas penampang 75 mm² menerima gaya tarik 15 kN. Tentukan besar tegangan pada batang tersebut.
Diketahui:
A = 75 mm² = 75 × 10ᐨ⁶ m²
F = 15 kN = 15 × 10³ N
Jawab:
σ = 0,2 × 10⁹ Pa
σ = 200 MPa
Contoh 2
Sebuah kawat berpenampang lingkaran ditarik dengan gaya sebesar 60 N. Penarikan tersebut menghasilkan tegangan tarik pada kawat sebesar 3,06 MPa. Tentukan berapa diameter kawat tersebut.
Diketahui:
F = 60 N
σ = 3,06 MPa = 3,06 × 10⁶ Pa
Jawab:
A = 19,61 × 10ᐨ⁶ m²
Diketahui:
F = 60 N
σ = 3,06 MPa = 3,06 × 10⁶ Pa
Jawab:
A = 19,61 × 10ᐨ⁶ m²
A = 19,61 mm²
Luas permukaan penampang kawat
d = 5 mm
d = 5 mm