În știință, ce este modulul de forfecare?

Modulul de forfecare, care este adesea denumit și modulul de rigiditate sau modulul de torsiune, este o măsură a naturii rigide sau rigide a diferitelor tipuri de materiale solide. Este derivat din raportul materialului dintre valoarea tensiunii sale de forfecare și cea a deformarii de forfecare. Efortul de forfecare este o valoare a forței aplicate unei suprafețe pătrate a unui material, de obicei măsurată în valori de presiune în pascali. Deformarea este cantitatea pe care materialul s-a deformat sub presiune împărțită la lungimea sa inițială. Valoarea modulului de forfecare este întotdeauna un număr pozitiv și este exprimată ca o cantitate de forță pe unitate de suprafață, care este în general înregistrată ca gigapascali metrici (GPa), deoarece valorile sunt mai practice decât echivalentele în limba engleză.

Deoarece gigapascalii reprezintă miliarde de pascali de forță pe unitate de suprafață, numerele modulului de forfecare pot arăta uneori înșelător de mici. Un exemplu de cât de mari pot fi valorile modulului de forfecare este demonstrat atunci când sunt convertite în valori englezești de lire pe inch pătrat (lb/in2). Se estimează că diamantul are un modul de rigiditate de 478 GPa (69,328,039 lb/in2), aluminiul pur unul de 26 GPa (3,770,981 lb/in2), iar cauciucul variază de la 0.0002 la 0.001 GPa (29 la 145 lb/in2). Pentru a face aceste unități mai practice cu numerele englezești, practica este de a le exprima în kips pe inch pătrat, unde un kip este egal cu o greutate de 1,000 de lire sterline.

Cu cât o substanță este mai dură, cu atât valoarea sa de forfecare este mai mare, în funcție de temperatura ambiantă la măsurarea valorii. Pe măsură ce valoarea modulului de forfecare crește, aceasta indică faptul că este necesară o cantitate mult mai mare de forță sau de efort pentru a o deforma sau deforma de-a lungul planului direcției forței. Valorile deformarii în sine tind să fie destul de mici, totuși, în calcule, deoarece deformarea este doar o măsură a deformării unui material solid înainte ca acesta să se rupă sau să se fractureze. Cele mai multe solide precum metalele se vor întinde doar o cantitate mică înainte de a se descompune.

Excepția de la această limitare a valorilor mici de deformare sunt materialele elastice precum cauciucul, care se pot întinde foarte mult înainte de a se degrada. Aceste materiale sunt adesea măsurate folosind modulul de elasticitate de forfecare, care este, de asemenea, un raport dintre efort și deformare. Valorile modulului de elasticitate al materialelor se bazează pe cât de mult poate fi întins un material înainte de a suferi o deformare permanentă.

Modulul de elasticitate este adesea aceeași măsură ca și modulul Young, care este în mod specific o măsură a tensiunii liniare pe un solid definit ca deformare longitudinală față de efort longitudinal. O altă valoare strâns legată din această serie de măsurători este modulul în vrac, care ia modulul lui Young și îl aplică tuturor celor trei dimensiuni din spațiu. Modulul de volum măsoară elasticitatea unui solid atunci când presiunea pentru a-l deforma este aplicată universal din toate părțile și este opusul a ceea ce se întâmplă atunci când un material este comprimat. Este o valoare a tensiunii volumetrice împărțită la deformarea volumetrică și poate fi vizualizată într-un exemplu ca ceea ce s-ar întâmpla cu un solid uniform sub presiune internă atunci când este plasat în vid, ceea ce l-ar determina să se extindă în toate direcțiile.