Unit 1 Kaji Daya Bahan

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

2. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 2
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
ε (Epsilon)
φ (phi)
ρ (rho)
σ (sigma)
τ (tau)
ν (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

3. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 3
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.

4. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 4
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
Jadual 1.2 menunjukkan kesan yang dihasilkan oleh daya.
BEBAN

5. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 5
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
iii) mengakibatkan kelenturan
BEBAN
W

6. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 6
Rajah 1.7: Lenturan
iv) mengakibatkan kericihan
Rajah 1.8: Ricihan
v) mengakibatkan kepiuhan
Rajah 1.9: Piuhan
1.3 JENIS-JENIS DAYA
P
P
P
P
PP L
w
T2
T1

7. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 7
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
P
P
P
P
L
W
Daya ricih berlaku disini

8. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 8
(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
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
X
X
PP
Luas A
P P PP

9. Pers. 1
DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 9
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 (σ) ialah nisbah daya (P) dengan luas
keratan rentas (A)
A
P
,
rentaskeratanluas
dikenakanyangbeban
tegasan =σ=
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.
Penyelesaian.
Luas keratan rentas bar, A = 25 x 20 = 500 mm2
= 500 x 10-6
m2
Rajah C 1.1: Bar Yang Dikenakan Beban Tegangan
30 kN
20 mm
30 kN
25 mm

10. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 10
Oleh itu tegasan tegangan =
Luas
Daya
A
P
=σ
26
6
3
N/m1060
10500
1030
×=
×
×
= −
1.5 TERIKAN TERUS / TERIKAN NORMAL
Sekiranya berlaku pemanjangan atau pemendekan akibat daya P maka keterikan (ε )
ditakrifkan sebagai pemanjangan atau pemendekan yang berlaku bagi ukuran se
unit panjang bar itu. Keterikan di beri :-
L
L
asalpanjang
panjangperubahan
asalpanjang
asalpanjang-akhirpanjang
∆
=
==ε
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
asalpanjang
panjangperubahan
asalpanjang
asalpanjang-akhirpanjang
keterikan
∆
=ε
==
50
5003.50 −
= = 60 x 10-4
AKTIVITI 1

11. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 11
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
F
G
L
U
ΔL
ε (Epsilon)
φ (phi)
ρ (rho)
σ (sigma)
τ (tau)
ν (nu)
• Daya
• Diameter akhir
• Ketumpatan
• Luas keratan rentas
• Modulus Ketegaran
• Modulus Young atau Modulus Keanjalan
• 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 …………………….
1.3 Nyatakan 3 jenis tegasan:-
i. ……………………………………….
ii. ………………………………………..
iii. ……………………………………….

12. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 12
1.4 Sebatang bar seperti Rajah 1 dikenakan beban mampatan 30 kN. Tentukan tegasan
didalam bar tersebut.
TAHNIAH KERANA ANDA TELAH MENCUBA.!!!!!!!!!
MAKLUM BALAS 1
30 kN 30 kN
50 mm
200 mm
20 mm
Rajah 1: Bar Yang Dikenakan Beban Mampatan

13. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 13
1.1
SIMBOL KETERANGAN
A
D
ΔD
E
F
G
L
U
ΔL
ε (Epsilon)
φ (phi)
ρ (rho)
σ (sigma)
τ (tau)
ν (nu)
Luas keratan rentas
Diameter asal
Diameter akhir
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
a) Beban yang tidak berubah dikenali sebagai ……………………..
b) Beban yang bertindak secara serta merta dikenali sebagai …………………….
1.3 Nyatakan 3 jenis tegasan:-
i) Tegasan Tegangan (Tensile Stress)
ii) Tegasan Mampatan (Compressive Stress)
iii) Tegasan Ricih (Shear Stress)
Beban statik
Beban hentaman

14. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 14
1.4
Tegasan dalam bar,
2
3-3-
3
MN/m30
)10x20x10x50(
10x30
A
P
=
=
=σ
Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba soalan dalam penilaian kendiri ini dan
semak jawapan anda dari pensyarah modul anda.
Selamat mencuba dan semoga berjaya !!!!!!!!!!!!!
PENILAIAN KENDIRI

15. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 15
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 mm2.
Rajah 2: Beban Yang Digantung Pada Dawai Yang Berbeza Saiz
Adakah anda telah mencuba ?
MAKLUM BALAS
KENDIRI
2 kN 2 kN
W
A
B C
450
300

16. DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 16
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 (ε )
ditakrifkan sebagai pemanjangan atau pemendekan yang berlaku bagi ukuran se
unit panjang bar itu.
2. Tegasan, 2
kN/m4073=σ
3. Tegasan = 333.33 MN/m2
4. Keterikan = 1.67 x 10-2
5. W = 33.5 kN