Qu'est-ce qu'un plan de cisaillement?
Un plan de cisaillement est le plan dans lequel se produit une contrainte de cisaillement. Comme la contrainte normale, la contrainte de cisaillement est une mesure de la force par unité de surface. À tout moment dans une structure, de nombreux plans possibles peuvent être définis pour mesurer le stress. En conséquence, tout plan contenant la zone en question est le plan de cisaillement. Le plan de cisaillement est utile pour les ingénieurs qui analysent les contraintes internes des structures.
Le stress a les mêmes unités que la pression: force par zone. Il en résulte une contrainte normale lorsqu'un composant est mis en tension ou en compression. Si une tige métallique est étirée verticalement, une contrainte interne aura tendance à résister à la déformation ultérieure. Cette contrainte se produira dans les sections transversales horizontales de la barre. La contrainte est dite normale car elle est dirigée perpendiculairement aux plans de contraintes horizontaux ou normale.
La contrainte de cisaillement est similaire à la contrainte normale en ce qu'elle a les mêmes unités. La direction de la contrainte est toutefois parallèle à son plan de contrainte. Ce type de contrainte pourrait en résulter si un ensemble de forces différent était appliqué à la même barre de métal; à savoir, si quelqu'un maintenait le bas de la barre immobile en essayant de déplacer le haut de la barre vers la droite. La contrainte interne résultante est appelée contrainte de cisaillement, car certaines parties de la barre tentent de glisser ou de se cisailler les unes sur les autres.
Dans ces conditions de chargement, les contraintes sur un plan horizontal situé au centre de la barre seraient des contraintes de cisaillement dirigées horizontalement. Le bas de la barre essaierait de se déplacer vers la gauche; il soumettrait les forces de gauche dans un plan de cisaillement horizontal. Le sommet du bar essaierait de se déplacer vers la droite; il soumettrait les forces vers la droite sur le même plan de cisaillement.
L'analyse du plan de cisaillement est importante pour prévenir la défaillance mécanique d'une structure. Chaque matériau a une limite sur le stress qu'il peut supporter. Cette limite est une propriété du matériau lui-même, plutôt que la forme de l'objet. Par exemple, deux élastiques peuvent être fabriqués dans des tailles différentes mais dans le même matériau. Le plus grand peut supporter plus de force avant de casser, mais seulement parce qu'il a plus de section pour répartir la force; la contrainte interne sera la même à la rupture pour les deux tailles.
De même, les composants peuvent casser à cause d'une trop grande contrainte de cisaillement. Si un composant tombe en panne sous la contrainte de cisaillement, certaines de ses parties vont littéralement glisser les unes sur les autres. Les vieux boulons en métal, par exemple, échouent souvent de cette façon. La limite de la contrainte de cisaillement, comme avec la contrainte normale, est une propriété matérielle.