Mekanika zat padat atau mekanika solid adalah cabang mekanika kontinum yang mempelajari perilaku bahan atau material zat padat, terutama perpindahan dan deformasi material akibat gaya, perubahan temperatur, perubahan fase benda, dan penyebab eksternal atau internal lainnya.
Mekanika zat padat dasar dari disiplin ilmi teknik sipil and teknik mesin, untuk geologi, dan untuk banyak cabang ilmu fisika lain seperti teknik material. Dapat diterapkan secara spesifik pada bidang lain, seperti memahami anatomi makhluk hidup. Salah satu contoh yang umum diterapkan adalah pada persamaan balok Euler-Bernoulli. Mekanika zat padat banyak menggunakan tensor untuk mendsekripsikan tegangan, regangan dan hubungan antara keduanya.
Hubungan dengan mekanika kontinum Sunting
Seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut, mekanika zat padat menjadi salah satu fokus yang dipelajari dalam mekanika kontinum. Bidang reologi menunjukkan irisan dari mekanika zat padat dan mekanika fluida.
| Mekanika kontinum: studi fisika dari material kontinu | Mekanika zat padat: studi fisika dari material kontinu dengan bentuk tertentu. | Elastisitas: menjelaskan material yang kembali ke bentuk awal setelah diberi tegangan. |
| Plastisitas: menjelaskan material yang secara permanen terdeformasi setelah diberi tegangan dengan besar tertentu. | Reologi: studi material yang memiliki karakteristik solid dan fluida. | |
| Mekanika fluida: studi fisika dari material kontinu yang bentuknya mengikuti bentuk wadahnya. | Fluida non-Newtonian | |
| Fluida Newtonian |
Respons Model Material Sunting
Sebuah meterial memiliki bentuk yang tetap dan dapat berubah bentuknya karena tegangan. Besar perubahan yang terjadi disebut deformasi, perbandingan deformasi yang terjadi dengan ukuran awal disebut dengan regangan. Jika tegangan yang terjadi cukup rendah (atau regangan yang dikenakan rendah), hampir semua material padat berperilaku dengan cara regangan yang terjadi secara langsung berbandingan dengan besar tegangan; koefisien dari hasil perbandingan tersebut disebut modulus elastisitas. Daerah deformasi ini dikenal sebagai daerah elastis linear.
Pada analisis biasa digunakan model material linear, untuk memudahkan perhitungan. Tetapi, material sebenarnya sering kali memiliki perilaku non-linear. Seperti pada material baru yang telah digunakan atau material lama, model material non-linear menjadi umum digunakan.
Terdapat empat model utama yang menggambarkan respons material padat terhadap tegangan yang diterapkan;
- Elastis – Ketika tegangan dilepaskan, material kembali ke keadaan dan bentuk awal. material elastis linear, yaitu deformasi sebanding dengan beban yang diterapkan, dapat digambarkan oleh persamaan elastis linear seperti hukum Hooke.
- Viskoelastis – Perilaku ini ditunjukan oleh keseluruhan deformasi (perubahan bentuk) secara statik maupun dinamik. Deformasi dapat terjadi karena tarikan, tekanan, atau tegangan geser, atau kombinasi dari dua atau tiga tegangan tersebut. bahan viskoelastis adalah ketika tegangan dihilangkan, bahan tersebut tidak segera dan tidak dapat langsung kembali kebentuk semula.
- Plastis – Material mengalami deformasi plastis saat tegangan yang diterapkan melebihi besar tegangan leleh material, sehingga material tidak kembali ke keadaan awal dan berubah secara permanen.
- Termoelastis - Perilaku ini memperhatikan perilaku bahan yang tidak dalam keadaan isotermal ataupun adiabatik. Teori yang paling sederhana melibatkan hukum fourier tentang perpindahan panas.
Lihat juga Sunting
Sumber Sunting
- L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Course of Theoretical Physics: Theory of Elasticity Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-2633-X
- J.E. Marsden, T.J. Hughes, Mathematical Foundations of Elasticity, Dover, ISBN 0-486-67865-2
- P.C. Chou, N. J. Pagano, Elasticity: Tensor, Dyadic, and Engineering Approaches, Dover, ISBN 0-486-66958-0
- R.W. Ogden, "Non-linear Elastic Deformation", Dover, ISBN 0-486-69648-0
- S. Timoshenko and J.N. Goodier," Theory of elasticity", 3d ed., New York, McGraw-Hill, 1970.
- A.I. Lurie, "Theory of Elasticity", Springer, 1999.
- L.B. Freund, "Dynamic Fracture Mechanics", Cambridge University Press, 1990.
- R. Hill, "The Mathematical Theory of Plasticity", Oxford University, 1950.
- J. Lubliner, "Plasticity Theory", Macmillan Publishing Company, 1990.
- J. Ignaczak, M. Ostoja-Starzewski, "Thermoelasticity with Finite Wave Speeds," Oxford University Press, 2010.