En science, qu'est-ce que le module de cisaillement?

Le module de cisaillement, également appelé module de rigidité ou module de torsion, est une mesure de la nature rigide ou rigide de différents types de matériaux solides. Il est dérivé du rapport entre le matériau, sa valeur de contrainte de cisaillement et celle de contrainte de cisaillement. La contrainte de cisaillement est la valeur de la force appliquée sur une surface carrée d'un matériau, généralement mesurée en valeurs de pression de pascals. La contrainte est la quantité que le matériau a déformée sous contrainte divisée par sa longueur d'origine. La valeur du module de cisaillement est toujours un nombre positif et est exprimée en quantité de force par unité de surface, généralement enregistrée en gigapascals métriques (GPa), car les valeurs sont plus pratiques que les équivalents anglais.

Étant donné que les gigapascals équivalent à des milliards de pascals de force par unité de surface, les nombres de module de cisaillement peuvent parfois sembler étonnamment petits. Un exemple de la façon dont les valeurs de module de cisaillement peuvent être élevées est démontré lorsqu’elles sont converties en valeurs anglaises de livres par pouce carré (lb / in ² ). On estime que le diamant a un module de rigidité de 478 GPa (69 328 039 lb / in ² ), celui en aluminium pur de 26 GPa (3 770 981 lb / in ² ) et le caoutchouc varie de 0,0002 à 0,001 GPa (29 à 145 lb / in ). Pour rendre ces unités plus pratiques avec les nombres anglais, la pratique est de les exprimer en kips par pouce carré, où un kip est égal à 1 000 livres.

Plus une substance est dure, plus sa valeur de module de cisaillement est élevée, en fonction de la température ambiante lors de la mesure de la valeur. Lorsque la valeur du module de cisaillement augmente, cela indique qu'une force ou une contrainte beaucoup plus grande est nécessaire pour la forcer ou la déformer dans le plan de la direction de la force. Les valeurs de déformation elles-mêmes tendent toutefois à être plutôt faibles dans les calculs, car elles ne sont qu'une mesure de la déformation d'un matériau solide avant qu'il ne se brise ou ne se fracture. La plupart des solides, comme les métaux, ne s'étirent qu'une petite quantité avant de se décomposer.

Les matériaux élastiques, comme le caoutchouc, peuvent s’étirer considérablement avant de se dégrader. Ces matériaux sont souvent mesurés à la place en utilisant le module d'élasticité au cisaillement, qui est également un rapport contrainte / déformation. Les valeurs pour le module d'élasticité sur les matériaux sont basées sur l'étendue de l'étirement d'un matériau avant qu'il ne subisse une déformation permanente.

Le module d'élasticité est souvent la même mesure que le module de Young, qui est spécifiquement une mesure de la contrainte linéaire sur un solide définie comme une contrainte longitudinale à une contrainte longitudinale. Une autre valeur étroitement liée à cette série de mesures est le module de masse, qui prend le module de Young et l’applique aux trois dimensions de l’espace. Le module en vrac mesure l'élasticité d'un solide lorsque la pression exercée pour le déformer est appliquée universellement de tous les côtés. Il est le contraire de ce qui se produit lorsqu'un matériau est comprimé. Il s’agit d’une valeur de contrainte volumétrique divisée par une contrainte volumétrique; elle peut être visualisée dans un exemple comme ce qui arriverait à un solide uniforme sous pression interne placé dans le vide, ce qui provoquerait son expansion dans toutes les directions.