Dalam Sains, Apa Itu Modulus Geser?

Modulus geser, yang juga sering disebut sebagai modulus kekakuan atau modulus torsi, adalah ukuran sifat kaku atau kaku dari berbagai jenis bahan padat. Ini berasal dari rasio material dari nilai tegangan gesernya dengan regangan geser. Tegangan geser adalah nilai seberapa besar gaya yang diterapkan pada area persegi material, biasanya diukur dalam nilai tekanan pascal. Regangan adalah jumlah material yang mengalami deformasi di bawah tekanan dibagi dengan panjang aslinya. Nilai modulus geser selalu berupa angka positif dan dinyatakan sebagai jumlah gaya per satuan luas, yang umumnya dicatat sebagai metrik gigapascal (GPa) karena nilainya lebih praktis daripada persamaan bahasa Inggris.

Karena gigapascal sama dengan miliaran pascal gaya per satuan luas, angka modulus geser terkadang terlihat kecil. Contoh bagaimana nilai modulus geser besar dapat ditunjukkan ketika dikonversi ke nilai Inggris pound per inci persegi (lb/in2). Berlian diperkirakan memiliki modulus kekakuan 478 GPa (69,328,039 lb/in2), aluminium murni satu 26 GPa (3,770,981 lb/in2), dan karet berkisar antara 0.0002 hingga 0.001 GPa (29 hingga 145 lb/in2). Untuk membuat satuan ini lebih praktis dengan angka bahasa Inggris, praktiknya adalah menyatakannya dalam kips per inci persegi, di mana satu kip sama dengan berat 1,000 pon.

Semakin keras suatu zat, semakin tinggi nilai modulus gesernya, tergantung pada suhu lingkungan saat nilainya diukur. Ketika nilai modulus geser naik, ini menunjukkan bahwa jumlah gaya atau tegangan yang jauh lebih besar diperlukan untuk meregangkan atau merusaknya sepanjang bidang arah gaya. Nilai regangan itu sendiri cenderung agak kecil, bagaimanapun, dalam perhitungan, karena regangan hanya ukuran deformasi bahan padat sebelum pecah atau patah. Kebanyakan padatan seperti logam hanya akan meregang sedikit sebelum terurai.

Pengecualian untuk batasan pada nilai regangan kecil ini adalah bahan elastis seperti karet, yang dapat meregang banyak sebelum terdegradasi. Bahan-bahan ini sering diukur dengan menggunakan modulus elastisitas geser, yang juga merupakan rasio tegangan versus regangan. Nilai modulus elastisitas pada bahan didasarkan pada seberapa besar suatu bahan dapat diregangkan sebelum mengalami deformasi permanen.

Modulus elastisitas sering kali merupakan pengukuran yang sama dengan modulus Young, yang secara khusus merupakan ukuran tegangan linier pada benda padat yang didefinisikan sebagai regangan longitudinal hingga tegangan longitudinal. Nilai lain yang terkait erat dalam rangkaian pengukuran ini adalah modulus curah, yang mengambil modulus Young dan menerapkannya pada ketiga dimensi di ruang angkasa. Modulus curah mengukur elastisitas padatan ketika tekanan untuk mengubah bentuknya diterapkan secara universal dari semua sisi, dan merupakan kebalikan dari apa yang terjadi ketika suatu material dikompresi. Ini adalah nilai tegangan volumetrik dibagi dengan regangan volumetrik, dan dapat divisualisasikan dalam satu contoh sebagai apa yang akan terjadi pada padatan seragam di bawah tekanan internal ketika ditempatkan dalam ruang hampa, yang akan menyebabkannya memuai ke segala arah.