In scienza, cos'è il modulo di taglio?

Il modulo di taglio, che viene spesso chiamato modulo di rigidità o modulo di torsione, è una misura della natura rigida o rigida di diversi tipi di materiali solidi. Deriva dal rapporto del materiale tra il suo valore di sollecitazione di taglio e quello di deformazione di taglio. Lo stress da taglio è un valore di quanta forza viene applicata su un'area quadrata di un materiale, di solito misurata in valori di pressione di pascal. La deformazione è la quantità che il materiale ha deformato sotto sollecitazione divisa per la sua lunghezza originale. Il valore del modulo di taglio è sempre un numero positivo ed è espresso come una quantità di forza per unità di area, che viene generalmente registrata come metrica gigapascal (GPa) perché i valori sono più pratici degli equivalenti inglesi.

Poiché i gigapascal equivalgono a miliardi di pascal di forza per unità di area, i numeri dei moduli di taglio a volte possono sembrare ingannevolmente piccoli. Un esempio di come possono essere dimostrati i grandi valori dei moduli di taglio quando vengono convertiti in valori inglesi di libbre per pollice quadrato (lb / in ² ). Si stima che il diamante abbia un modulo di rigidità di 478 GPa (69.328.039 lb / in ² ), alluminio puro uno di 26 GPa (3.770.981 lb / in ² ) e intervalli di gomma da 0.0002 a 0,001 GPa (da 29 a 145 lb / in ² ). Per rendere queste unità più pratiche con i numeri inglesi, la pratica è di esprimerle in kips per pollice quadrato, dove un kip equivale a un peso di 1.000 sterline.

Più una sostanza è dura, più alto è il suo valore del modulo di taglio, a seconda della temperatura ambiente quando viene misurato il valore. All'aumentare del valore del modulo di taglio, ciò indica che è necessaria una quantità molto maggiore di forza o sollecitazione per sollecitare o deformare lungo il piano della direzione della forza. I valori di deformazione stessi tendono ad essere piuttosto piccoli nei calcoli, poiché la deformazione è solo una misura della deformazione di un materiale solido prima che si rompa o si rompa. La maggior parte dei solidi come i metalli si allungherà solo una piccola quantità prima di rompersi.

L'eccezione a questa limitazione su piccoli valori di deformazione sono i materiali elastici come la gomma, che possono allungarsi molto prima di degradarsi. Questi materiali vengono spesso misurati invece utilizzando il modulo di elasticità a taglio, che è anche un rapporto tra sollecitazione e deformazione. I valori per il modulo di elasticità sui materiali si basano su quanto un materiale può essere allungato prima di subire una deformazione permanente.

Il modulo di elasticità è spesso la stessa misura del modulo di Young, che è specificamente una misura di sollecitazione lineare su un solido definito come tensione longitudinale a sollecitazione longitudinale. Un altro valore strettamente correlato in questa serie di misurazioni è il modulo di massa, che prende il modulo di Young e lo applica a tutte e tre le dimensioni nello spazio. Il modulo in blocco misura l'elasticità di un solido quando la pressione per deformarlo viene applicata universalmente da tutti i lati ed è l'opposto di ciò che accade quando un materiale viene compresso. È un valore dello stress volumetrico diviso per lo sforzo volumetrico e può essere visualizzato in un esempio come ciò che accadrebbe a un solido uniforme sotto pressione interna se posto in un vuoto, il che lo farebbe espandere in tutte le direzioni.