I vitenskap, hva er skjærmodul?

Skjærmodul, som også ofte kalles modulus for stivhet eller torsjonsmodul, er et mål på den stive eller stive naturen til forskjellige typer faste materialer. Det er avledet av materialets forhold mellom skjærspenningsverdien og skjærspenningen. Skjærspenning er en verdi av hvor mye kraft som påføres et kvadratisk område av et materiale, vanligvis målt i trykkverdier for pascaler. Sil er mengden som materialet har deformert under spenning delt på sin opprinnelige lengde. Skjærmodulverdien er alltid et positivt tall og uttrykkes som en mengde kraft per arealenhet, som vanligvis registreres som metriske gigapascals (GPa) fordi verdiene er mer praktiske enn engelske ekvivalenter.

Siden gigapascals tilsvarer milliarder av kraftpascaler per arealenhet, kan skjærmodulantall noen ganger se bedragerisk lite ut. Et eksempel på hvor store skjærmodulverdier kan demonstreres når de konverteres til engelske verdier på pund per kvadrat tomme (lb / in ² ). Diamond anslås å ha en modulus av stivhet på 478 GPa (69.328.039 lb / in ² ), rent aluminium en på 26 GPa (3.770.981 lb / in ² ), og gummi varierer fra 0.0002 til 0.001 GPa (29 til 145 lb / in ²⁾ ). For å gjøre disse enhetene mer praktiske med engelske tall, er praksisen å uttrykke dem i kips per kvadrat tomme, hvor en kip er lik en vekt på 1 000 pund.

Jo vanskeligere et stoff er, jo høyere er skjærmodulverdien, avhengig av omgivelsestemperaturen når verdien måles. Når skjærmodulverdien stiger, indikerer dette at det kreves en mye større mengde kraft eller spenning for å sil eller deformere den langs styrets retning. Stammeverdiene har en tendens til å være ganske små, men i beregningene, fordi belastning bare er et mål på deformasjon av et fast materiale før det går i stykker eller brudd. De fleste faste stoffer som metaller vil strekke seg bare en liten mengde før de brytes ned.

Unntaket fra denne begrensningen på små belastningsverdier er elastiske materialer som gummi, som kan strekke seg mye før de nedbrytes. Disse materialene blir ofte målt i stedet ved å bruke skjærmodul for elastisitet, som også er et forhold mellom spenning og belastning. Verdier for elastisitetsmodulen på materialer er basert på hvor mye et materiale kan strekkes før det gjennomgår permanent deformasjon.

Elastisitetsmodulen er ofte den samme målingen som Youngs modul, som spesifikt er et mål på lineær spenning på et faststoff definert som langsgående belastning til langsgående spenning. En annen nær beslektet verdi i denne måleserien er bulkmodul, som tar Youngs modul og bruker den på alle tre dimensjoner i rommet. Bulkmodul måler elastisiteten til et faststoff når trykket for å deformere det blir brukt universelt fra alle sider, og er det motsatte av hva som skjer når et materiale komprimeres. Det er en verdi av volumetrisk belastning delt på volumetrisk belastning, og kan visualiseres i ett eksempel som hva som ville skje med et jevn faststoff under indre trykk når det plasseres i et vakuum, noe som vil føre til at det ekspanderer i alle retninger.