Tegasan (mekanik)

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Lompat ke: pandu arah, cari
Tegasan tokokan di dalam sebuah jangka sudut plastik, didedahkan oleh kesannya terhadap cahaya terkutub.

Dalam ilmu mekanik kontinum, tegasan adalah kuantiti fizikal yang mengungkapkan daya-daya dalaman yang didorong oleh zarah-zarah yang bersebelahan terhadap satu sama lain dalam sesuatu bahan selanjar. Misalnya, apabila sesebuah palang tegak yang pejal sedang menganggung suatu pemberat, setiap zarah dalam palang itu menarik zarah-zarah yang langsung di atas dan bawahnya. Apabila sesebuah cecair sedang tertekan, setiap zarah ditolak ke dalam oleh semua zarah di sekelilingnya, dan sebagai balasan, menolak semua zarah itu keluar. Daya-daya makroskopik ini sebenarnya adalah purata sebilangan amat besar daya dan pertembungan sesama molekul dalam zarah-zarah itu.

Tegasan di dalam sesebuah jasad mungkin timbul daripada pelbagai mekanisme, misalnya tindak balas terhadap daya luaran yang dikenakan terhadap suatu bahan besar-besaran (seperti graviti) atau permukaannya (seperti daya sentuh, tegasan luaran, atau geseran). Sebarang keterikan (canggaan) pada bahan pejal menghasilkan tegasan kenyal dalaman yang serupa dengan daya tindak balas spring yang cederung memulihkan bahannya kepada keadaan tak cangga yang sediakala. Dalam cecair dan gas, hanya canggaan yang mengubah isipadu yang menghasilkan tegasan kenyal yang tak henti-henti. Bagaimanapun, jika canggaan itu beransur-ansur ubah mengikut masa, dalam bendalir sekalipun lazimnya terdapat tegasan likat yang menentang perubahan itu. Tegasan kenyal dan likat biasanya digolongkan sekali dengan gelaran tegasan mekanik.

Mungkin terdapat tegasan yang ketara walaupun ketika canggaannya tidak begitu ketara (satu andaian umum dalam memodelkan aliran air) ataupun langsung tiada. Tegasan mungkin wujud dalam ketiadaan daya luaran; maka adalah pentingnya tegasan tokokan sedemikian, misalnya pada konkrit prategasan dan kaca bajaan. Tegasan juga boleh dikenakan terhadap suatu bahan tanpa mengenakan daya bersih, contohnya menerusi perubahan pada suhu atau komposisi kimia, ataupun medan elektromagnetik luaran (seperti pada bahan-bahan piezoelektrik dan jerut magnet).

Tegasan yang merentangi elemen permukaan (cakera kuning) adalah daya yang didorong oleh bahannya di sebelah (bola atas) ke atas sebelah yang satu lagi (bola bawah), terbahagi oleh kawasan permukaan.

Secara kuantitatif, tegasan ini diungkapkan oleh vector tarikan Cauchy T yang bertakrifkan daya tarikan F antara bahagian-bahagian bahan yang bersebelahan merentangi suatu permukaan pemisah bayangan S, dibahagi dengan keluasan S.[1]:p.41–50 Dalam sesebuah bendalir yang pegunm dayanya serenjang dengan permukaan, malah merupakan tekanan yang lazim. Dalam sesebuah pepejal, ataupun dalam aliran cecair likat, daya F mungkin tidak serenjang dengan S; maka tegasan yang merentangi suatu permukaan itu dikira sebagai kuantiti vektor, bukan skalaan. Malahan, arah dan magnitudnya secara umumnya bergantung pada orientasi S. Maka keadaan tegasan bahan itu mesti diterangkan oleh tensor yang dipanggil tensor tegasan (Cauchy), iaitu fungsi linear yang mengaitkan vektor normal n bagi suatu permukaan S kepada tegasan T yang merentangi S. Berhubung dengan sebarang sistem koordinat, tensor tegasan Cauchy boleh digambarkan sebagai matematik simetri dengan nombor nyata 3x3. Meskipun dalam jasad yang homogen, tensor tegasannya berbeza dari bahagian ke bahagian, malah boleh berubah mengikut peredaran masa; oleh itu, tegasan di dalam suatu bahan adalah pada umumnya medan tensor yang berubah ikut masa.

Sungguhpun hubungan antara tegasan mekanik, canggaan, dan kadar perubahan canggaan mungkin agak rumit, namun anggaran linear mungkin memadai dalam amalan jika bilangannya cukup kecil. Tegasan yang melampaui batas kekuatan bahannya yang tertentu akan menyebabkan canggaan yang berkekalan (seperti aliran plastik, retak, ronggan) ataupun berubahan pada struktur hablur dan kompisisi kimianya.

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. I-Shih Liu (2002), "Continuum Mechanics". Springer ISBN 3-540-43019-9