En ciencia, ¿qué es el módulo de corte?

El módulo de cizalladura, que a menudo también se conoce como módulo de rigidez o módulo de torsión, es una medida de la naturaleza rígida o rígida de los diferentes tipos de materiales sólidos. Se deriva de la relación del material de su valor de esfuerzo de corte con el de la tensión de corte. El esfuerzo cortante es un valor de cuánta fuerza se aplica a un área cuadrada de un material, generalmente medido en valores de presión de pascales. La deformación es la cantidad que el material se ha deformado bajo tensión dividido por su longitud original. El valor del módulo de corte es siempre un número positivo y se expresa como una cantidad de fuerza por unidad de área, que generalmente se registra como gigapascales métricos (GPa) porque los valores son más prácticos que los equivalentes en inglés.

Como los gigapascales equivalen a miles de millones de pascales de fuerza por unidad de área, los números de módulo de corte a veces pueden parecer engañosamente pequeños. Un ejemplo de cuán grandes pueden ser los valores de módulo de corte cuando se convierten a valores ingleses de libras por pulgada cuadrada (lb / in ² ). Se estima que el diamante tiene un módulo de rigidez de 478 GPa (69,328,039 lb / in ² ), aluminio puro uno de 26 GPa (3,770,981 lb / in ² ), y el caucho varía de 0,0002 a 0,001 GPa (29 a 145 lb / in ² ) Para hacer estas unidades más prácticas con números en inglés, la práctica es expresarlas en kips por pulgada cuadrada, donde un kip es igual a un peso de 1,000 libras.

Cuanto más dura es una sustancia, mayor es su valor de módulo de corte, dependiendo de la temperatura ambiente cuando se mide el valor. A medida que aumenta el valor del módulo de corte, esto indica que se requiere una cantidad mucho mayor de fuerza o esfuerzo para tensarlo o deformarlo a lo largo del plano de la dirección de la fuerza. Sin embargo, los valores de deformación tienden a ser bastante pequeños en los cálculos, porque la deformación es solo una medida de la deformación de un material sólido antes de que se rompa o se fracture. La mayoría de los sólidos como los metales se estirarán solo una pequeña cantidad antes de descomponerse.

La excepción a esta limitación en los valores de deformación pequeños son los materiales elásticos como el caucho, que pueden estirarse mucho antes de degradarse. Estos materiales a menudo se miden en su lugar utilizando el módulo de elasticidad de corte, que también es una relación de tensión frente a deformación. Los valores para el módulo de elasticidad en los materiales se basan en cuánto se puede estirar un material antes de que sufra una deformación permanente.

El módulo de elasticidad es a menudo la misma medida que el módulo de Young, que específicamente es una medida de tensión lineal en un sólido definido como deformación longitudinal a tensión longitudinal. Otro valor estrechamente relacionado en esta serie de mediciones es el módulo de masa, que toma el módulo de Young y lo aplica a las tres dimensiones en el espacio. El módulo a granel mide la elasticidad de un sólido cuando la presión para deformarlo se aplica universalmente desde todos los lados, y es lo opuesto a lo que sucede cuando se comprime un material. Es un valor de tensión volumétrica dividido por tensión volumétrica, y se puede visualizar en un ejemplo como lo que sucedería con un sólido uniforme bajo presión interna cuando se coloca en el vacío, lo que provocaría que se expanda en todas las direcciones.