Ce este modulul de rigiditate?

Modulul de rigiditate, sau modulul de forfecare, este utilizat pentru a determina cât de elastice sau flexibile vor fi materialele dacă sunt forfecate, care este împins paralel din părți opuse. Această proprietate devine o parte utilă a multor calcule și se numește coeficient de elasticitate în timpul forfecării. Poate fi măsurată printr-un test de forfecare, care se realizează prin plasarea unei tije dintr-un material dat într-o clemă și aplicarea unei forțe la o distanță măsurată de clemă doar pe o parte a tijei.

Există trei aplicații populare pentru formula modulului de forfecare. Modulul Young pentru corzi și modulul Bulk pentru gaze au nevoie de modulul de forfecare pentru a prezice modul în care se formează undele în gaze. Testul de deformare la forfecare este utilizat și dacă se știe deja că prezice cantitatea de forță necesară pentru a îndoi un material.

Oamenii de știință materiale și fizicienii aplicați folosesc acest concept în moduri speciale. Înțelegerea modulului de rigiditate va ajuta la selectarea materialului corect de utilizat pentru construcție în multe circumstanțe. Cu cât forța este mai mică, cu atât materialul se va îndoi mai ușor. Este calculată și înregistrată public pentru majoritatea materialelor. O tijă din aur se va îndoi mai ușor decât una din oțel de aceeași grosime, de exemplu, iar modulul de forfecare arată clar acest lucru pentru majoritatea comparațiilor.

La niveluri mici, modulul de rigiditate se referă la atomii care alunecă unul peste altul. Acest lucru ajută la explicarea de ce temperatura și presiunea îl afectează și ele. Cu cât un obiect este mai rece și cu cât este mai multă presiune, cu atât devine mai rigid sau mai rigid. La temperaturi ridicate și presiuni scăzute, majoritatea materialelor încep să se topească și devin mai ușor de îndoit.

Prezicerea acestei proprietăți poate fi foarte dificilă. Efectuarea unui test de forfecare poate oferi o măsură pentru materialele disponibile. Devine dificil să descoperi noi materiale care arată performanțe mai bune în anumite condiții, cum ar fi pe fundul oceanului. În unele cazuri, materialele nu au fost niciodată create, iar oamenii de știință folosesc matematica pentru a prezice modulul de forfecare.

Experiența comună cu materialele poate fi explicată prin această proprietate. Majoritatea oamenilor înțeleg că diamantele sunt foarte dure – au un modul de rigiditate de 10 ori mai mare decât cel al oțelului. Benzile de cauciuc se înfășoară și se răsucesc fără efort, iar măsura lor este foarte mică. Cutiile metalice subțiri sunt ușor de îndoit, dar plasticele groase nu sunt, deoarece, deși metalele sunt mai rigide, grosimile nu sunt aceleași.