j3009 unit 1

DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 1

DAYA-DAYA PADA BAHAN

Objektif am : Mempelajari dan memahami tentang daya-

daya pada bahan

Objektif Khusus : Di akhir unit ini, pelajar akan dapat :-

mengenali simbol-simbol lazim

mengenalpasti jenis-jenis daya

membezakan antara tegasan dan terikan

menyelesaikan masalah berkaitan dengan tegasan.

UNIT 1

OBJEKTIF


1.0 PENGENALAN

Kajidaya bahan ialah kajian pepejal yang mengalami bebanan dan bertujuan untuk

menerangkan sifat-sifat pepejal semasa dikenakan bebanan tersebut. Pengetahuan

mengenai sifat-sifat seperti kekuatan, kekukuhan, pesongan dan sebagainya sangat

berguna dalam merekabentuk komponen seperti tiang, aci, rasuk, pegas, bolt, tangki

dan lain-lain.

1.1 SIMBOL – SIMBOL LAZIM

Sebelum memasuki unit ini, sepatutnya kita perlu tahu tentang simbol-simbol yang

biasa digunakan. Simbol-simbol lazim (Jadual 1.1) ini juga akan digunakan dalam

unit-unit seterusnya.

Jadual 1.1 Simbol-simbol lazim

SIMBOL KETERANGAN

A

D

ΔD

E

F

G

L

U

ΔL

(Epsilon)

(phi)

(rho)

(sigma)

(tau)

(nu)

Luas keratan rentas

Diameter asal

Perubahan diameter

Modulus Young atau Modulus Keanjalan

Daya

Modulus Ketegaran

Panjang asal

Tenaga terikan

Perubahan panjang

Terikan terus

Terikan ricih

Ketumpatan

Tegasan terus

Tegasan ricih

Nisbah Poisson


1.2 JENIS-JENIS BEBAN DAN KESANNYA

Beban ialah daya yang bertindak ke atas sesuatu bahan.

Beban boleh dikategorikan kepada beban statik, beban dinamik, beban hentaman

dan beban lesu serta beban ulang alik.

i) Beban Statik

Beban jenis ini merupakan beban yang tidak berubah. Contohnya sebuah

bangunan. Kawasan dimana bangunan tersebut didirikan terpaksa

menanggung beban yang tetap selagi bangunan tersebut tidak dialihkan atau

dirobohkan. (Rajah 1.1)

Rajah 1.1: Beban Statik

ii) Beban Dinamik

Beban dinamik adalah beban yang sentiasa berubah-ubah. Contohnya

kenderaan melintasi jambatan. Dimana jambatan tersebut terpaksa

menanggung beban yang berubah-ubah setiap kali ada kenderaan yang

melintasi jambatan tersebut (Rajah 1.2).

Rajah 1.2: Beban Dinamik


iii) Beban Hentaman.

Ianya adalah beban yang bertindak secara serta merta. Contohnya apabila

satu hentakkan atau hentaman tukul dikenakan pada paku (Rajah 1.3).

Semasa tukul menyentuh paku tersebut, beban tersebut akan bertindak

secara serta merta pada paku tersebut.

Rajah 1.3: Beban Hentaman

iv) Beban Lesu dan Ulangalik

Beban jenis ini hanya berlaku pada masa tertentu sahaja. Contohnya apabila

satu beban digantungkan pada satu pegas (Rajah 1.4(a)), pegas itu akan

cuba menghalang pemanjangan dari berlaku akibat beban yang dikenakan.

Beban yang berlaku adalah dari jenis beban ulang alik. Sementara lesu pula

biasanya berlaku pada aci yang digunakan bagi tujuan penghantaran kuasa.

Contohnya aci yang dipasang pada kincir angin (Rajah 1.4(b))

(a) (b)

Rajah1.4: Beban Lesu dan Ulangalik

BEBAN


Jadual 1.2 menunjukkan kesan yang dihasilkan oleh daya.

Kesan Daya Contoh

i. mengakibatkan pemanjangan

ii. mengakibatkan pemendekan

iii. mengakibatkan kelenturan

iv. mengakibatkan kericihan

v. mengakibatkan kepiuhan

tali / dawai yang digantungkan

beban (Rajah 1.2v).

beban yang diletakkan diatas

sebatang tiang (Rajah 1.2vi)

beban diletakkan diatas rasuk

(1.2vii).

rivet & bolt (1.2viii)

penghantaran kuasa oleh aci (1.2ix)

i) mengakibatkan pemanjangan

Sebelum Selepas

Rajah 1.5: Pemanjangan

ii) mengakibatkan pemendekan

Sebelum Selepas

Rajah 1.6: Pemendekan

BEBAN

W


iii) mengakibatkan kelenturan

Rajah 1.7: Lenturan

iv) mengakibatkan kericihan

Rajah 1.8: Ricihan

v) mengakibatkan kepiuhan

Rajah 1.9: Piuhan

P

P

P

P

P P L

w

T2

T1


1.3 JENIS-JENIS DAYA

Kita boleh mengkelaskan daya kepada 2 kelas yang utama iaitu:-

i. Daya Terus

ii. Daya Ricih

1.3.1 DAYA TERUS

Lapisan yang mengalami tindakan daya adalah bersudut tepat dengan arah

daya bertindak. Ada dua jenis daya terus iaitu daya tegangan (positif) rujuk

Rajah 1.10 (a) dan mampatan (negatif) rujuk Rajah 1.10 (b). Daya tegangan

akan menghasilkan pemanjangan sementara daya mampatan akan

menghasilkan pemendekan.

Daya tegangan

(a)

Daya mampatan

(b)

Rajah 1.10: Daya Terus Yang Mengakibatkan Tegangan Dan Mampatan

1.3.2 DAYA RICIH

Sekiranya lapisan itu mengalami tindakan daya yang selari dengan arah

daya ricih, maka lapisan itu akan mengalami kegelinciran dari lapisan yang

di sebelahnya. Contoh yang mudah adalah apabila 2 keping plat

disambungkan dengan menggunakan rivet (1.11(a)) atau dengan gam

(Rajah 1.11(b)). Kemudian daya pada arah yang bertentangan dikenakan.

Apabila daya dikenakan, rivet atau gam tersebut akan mengalami kegagalan.

Kegagalan tersebut berlaku disebabkan oleh daya ricih yang dikenakan.

P P

P P


(a) (b)

Rajah 1.11: Plat Yang Dikenakan Daya Ricih Pada Penyambungannya

1.4 TEGASAN TERUS

Rajah 1.12(a): Bar Yang Dikenakan Daya P

Rajah 1.12 (a) menunjukkan sebatang bar yang dikenakan daya P. Daya P yang

dikenakan akan menyebabkan bar tersebut mengalami pemanjangan. Jika

diperhatikan keratan rentas aci tersebut, kita akan dapati terdapatnya daya yang

akan bertindak ke atas satu satah keratan rentas XX tersebut (Rajah 1.12(b). Bagi

memastikan ia berada dal.am keadaan kesimbangan, satu daya yang bertentangan

bernilai P perlu dihasilkan.

Rajah 1.12(b): Daya Dalaman Pada Keratan XX

P

P

P

P

L

W

Daya ricih berlaku disini

X

X

P P

Luas A

P P P P


Pers. 1

Daya dalaman ini disebut sebagai tegasan dan ia merupakan tindakbalas beban

kepada daya luar P. Tegasan ini disebut sebagai tegasan terus dan jika ia cuba

memanjangkan bar ia dipanggil tegasan tegangan dan jika ia cuba memampatkan

bar pula ia dipanggil tegasan mampatan.

Terdapat 3 jenis tegasan iaitu:-

Tegasan Tegangan (Tensile Stress)

Tegasan Mampatan (Compressive Stress)

Tegasan Ricih (Shear Stress)

Tegasan bergantung kepada magnitud dan arah daya yang dikenakan dan juga luas

keratan rentas bahan tersebut, iaitu tegasan () ialah nisbah daya (P) dengan luas

keratan rentas (A)

A

P ,

rentaskeratan luas

dikenakan yang bebantegasan

Unit bagi tegasan ialah N / m2

Contoh 1.1

Rajah C1.1 menunjukkan satu bar keluli mempunyai keratan rentas segiempat tepat

berukuran 25 mm x 20 mm. Bar tersebut dibebankan dengan satu beban tegangan paksi

bernilai 30 kN. Dapatkan tegasan tegangan yang terhasil pada keratan tersebut.

Rajah C 1.1: Bar Yang Dikenakan Beban Tegangan

30 kN

20 mm

30 kN 25 mm


Penyelesaian.

Luas keratan rentas bar, A = 25 x 20 = 500 mm2 = 500 x 10

-6 m

2

Oleh itu tegasan tegangan = Luas

Daya

A

P

26

6

3

N/m1060

10500

1030

1.5 TERIKAN TERUS / TERIKAN NORMAL

Sekiranya berlaku pemanjangan atau pemendekan akibat daya P maka keterikan ( )

ditakrifkan sebagai pemanjangan atau pemendekan yang berlaku bagi ukuran se

unit panjang bar itu. Keterikan di beri :-

L

L

asal panjang

panjang perubahan

asal panjang

asal panjang -akhir panjang

Contoh 1.2

Satu bar sepanjang 50 mm dikenakan daya tegangan. Tentukan terikan yang berlaku keatas

bar tersebut jika panjang akhirnya ialah 50.03 mm.

Penyelesaian.

L

L

asal panjang

panjang perubahan

asal panjang

asal panjang -akhir panjangketerikan

50

5003.50 = 60 x 10

-4


UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA.

SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DIHALAMAN BERIKUTNYA.

1.1 Padankan antara simbol dan keterangan yang diberikan dibawah.

SIMBOL KETERANGAN

A

D

ΔD

E

P

G

L

U

ΔL

(Epsilon)

(phi)

(rho)

(sigma)

(tau)

(nu)

Daya

Diameter akhir

Ketumpatan

Luas keratan rentas

Modulus Ketegaran


Nisbah Poisson

Perubahan panjang

Tegasan ricih

Tegasan terus

Tenaga terikan

Terikan ricih

Terikan terus

1.2 Penuhkan ruang kosong dibawah dengan jawapan yang sesuai.

a) Beban yang tidak berubah dikenali sebagai ……………………..

b) Beban yang bertindak secara serta merta dikenali sebagai …………………….

AKTIVITI 1


1.3 Nyatakan 3 jenis tegasan:-

i. ……………………………………….

ii. ………………………………………..

iii. ……………………………………….

1.4 Sebatang bar seperti Rajah 1 dikenakan beban mampatan 30 kN. Tentukan tegasan

didalam bar tersebut.

30 kN 30 kN

50 mm

200 mm

20 mm

Rajah 1: Bar Yang Dikenakan Beban Mampatan


TAHNIAH KERANA ANDA TELAH MENCUBA.!!!!!!!!!

1.1

SIMBOL KETERANGAN

A

D

ΔD

E

F

G

L

U

ΔL

(Epsilon)

(phi)

(rho)

(sigma)

(tau)

(nu)

Luas keratan rentas

Diameter asal

Diameter akhir


Daya

Modulus Ketegaran

Panjang asal

Tenaga terikan

Perubahan panjang

Terikan terus

Terikan ricih

Ketumpatan

Tegasan terus

Tegasan ricih

Nisbah Poisson

1.2

a) Beban yang tidak berubah dikenali sebagai ……………………..

b) Beban yang bertindak secara serta merta dikenali sebagai …………………….

MAKLUM BALAS 1

Beban statik

Beban hentaman


1.3 Nyatakan 3 jenis tegasan:-

i) Tegasan Tegangan (Tensile Stress)

ii) Tegasan Mampatan (Compressive Stress)

iii) Tegasan Ricih (Shear Stress)

1.4

Tegasan dalam bar,

2

3-3-

3

MN/m 30

)10 x 20 x 10 x 50 (

10 x 30

A

P


Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba soalan dalam penilaian kendiri ini dan

semak jawapan anda dari pensyarah modul anda.

Selamat mencuba dan semoga berjaya !!!!!!!!!!!!!

1. Berikan perbezaan diantara tegasan dan terikan.

2. Sebatang rod keluli yang berdiameter 25 mm dikenakan daya pada paksinya

sebanyak 2 kN (Rajah 1). Tentukan tegasan yang terjadi dalam rod tersebut.

Rajah 1: Rod Yang Mengalami Daya Tegangan

3. Sebatang bar mempunyai keratan rentas 50 mm x 30 mm dikenakan daya 500 kN.

Kirakan tegasan dalam bar ini.

4. Pemanjangan yang berlaku dalam satu bar 3 m panjang ialah 0.5 mm. Kirakan

keterikan yang berlaku.

5. Beban sebanyak W kN digantung dari dawai AB dan AC seperti Rajah 2. Jika

tegasan dalam AB dan AC masing-masing tidak melebihi 100 MN/m2 dan 150

MN/m2, cari nilai W. Luas keratan rentas AB dan AC adalah masing-masing 400

mm2 dan 200 mm

2.

Rajah 2: Beban Yang Digantung Pada Dawai Yang Berbeza Saiz

PENILAIAN KENDIRI

2 kN 2 kN

W

A

B C

450

300


Adakah anda telah mencuba ?

Jika “Ya”, sila semak jawapan anda.

Jawapan

1. Tegasan

Apabila sesuatu bahan dikenakan daya, maka daya itu akan menyebabkan

perubahan dan bahan tersebut berada dalam keadaan tegasan.

Terikan

Sekiranya berlaku pemanjangan atau pemendekan akibat daya P maka keterikan ( )

ditakrifkan sebagai pemanjangan atau pemendekan yang berlaku bagi ukuran se

unit panjang bar itu.

2. Tegasan, 2kN/m 4073

3. Tegasan = 333.33 MN/m2

4. Keterikan = 1.67 x 10-2

5. W = 33.5 kN

MAKLUM BALAS

KENDIRI

j3009 unit 1

Education