Co to jest moduł ścinania?

Moduł ścinania, który jest często określany jako moduł sztywności lub modułu skrętnego, jest miarą sztywnego lub sztywnego charakteru różnych rodzajów materiałów stałych.Pochodzi ze stosunku materiałów jego wartości naprężenia ścinającego do wartości odkształcenia ścinającego.Naprężenie ścinające jest wartością tego, ile siły jest przyłożona do kwadratowego obszaru materiału, zwykle mierzonego w wartościach ciśnienia Pascals.Odkształcenie to ilość, którą materiał zdeformował się pod naprężeniem podzielonym przez jego pierwotną długość.Wartość modułu ścinania jest zawsze liczbą dodatnią i jest wyrażana jako ilość siły na jednostkę obszaru, która jest ogólnie rejestrowana jako gigapascale metryczne (GPA), ponieważ wartości są bardziej praktyczne niż równoważniki angielskie.

Ponieważ gigapascale są równe miliardy siły siły na jednostkę, liczba modułu ścinającego może czasem wyglądać na zwodniczo małą.Przykład, w jaki sposób mogą być duże wartości modułu ścinającego, pokazano, gdy są one przekonwertowane na angielskie wartości funtów na cal kwadratowy (lb/in ² ).Szacuje się, że diament ma moduł sztywności 478 GPa (69 328 039 funtów/in ² ), czystego aluminium jednego z 26 GPa (3770 981 funtów/in ² ), a gumy od 0,0002 do 0,001 GPa (29 do 145 do 145lb/in ² ).Aby uczynić te jednostki bardziej praktyczne z liczbą angielską, praktyką jest wyrażanie ich w kips na cal kwadratowy, gdzie KIP jest równa masy 1000 funtów.

Im trudniejsza jest substancja, tym wyższa jej wartość modułu ścinania, w zależności odna temperaturze otoczenia po mierzeniu wartości.Wraz ze wzrostem wartości modułu ścinania wskazuje to, że wymagana jest znacznie większa siła lub naprężenie do odcenienia lub odkształcenia wzdłuż płaszczyzny kierunku siły.Same wartości odkształceń są jednak raczej małe w obliczeniach, ponieważ odkształcenie jest jedynie miarą deformacji materiału stałego, zanim zerwą lub złamania.Większość substancji stałych, takich jak metale, rozciąga się tylko o niewielką ilość przed załamaniem.

Wyjątkiem od tego ograniczenia małych wartości odkształcenia są elastyczne materiały, takie jak guma, które mogą znacznie rozciągnąć przed degradowaniem.Materiały te są często mierzone za pomocą modułu ścinania elastyczności, który jest również stosunkiem naprężenia do odkształcenia.Wartości modułu sprężystości na materiałach oparte są na tym, ile materiał można rozciągnąć, zanim ulegnie mu trwałe deformację.

Moduł sprężystości jest często tym samym pomiarem jak moduł młodyzdefiniowane jako obciążenie podłużne do naprężenia podłużnego.Kolejną ściśle powiązaną wartością w tej serii pomiarów jest moduł masowy, który przyjmuje moduł Youngs i stosuje go do wszystkich trzech wymiarów w przestrzeni.Moduł masowy mierzy elastyczność substancji stałej, gdy ciśnienie do deformacji jest powszechnie stosowane ze wszystkich stron, i jest przeciwieństwem tego, co dzieje się, gdy materiał jest ściśnięty.Jest to wartość naprężenia objętościowego podzielonego przez odkształcenie objętościowe i może być wizualizowane w jednym przykładzie jako to, co stało się z jednolitym stałym ciśnieniem pod ciśnieniem wewnętrznym po umieszczeniu w próżni, co spowodowałoby rozszerzenie we wszystkich kierunkach.