W nauce, czym jest moduł ścinania?
Moduł ścinania, który jest również często określany jako moduł sztywności lub moduł skręcania, jest miarą sztywnej lub sztywnej natury różnych rodzajów materiałów stałych. Wywodzi się ze stosunku wartości naprężenia ścinającego do odkształcenia ścinającego. Naprężenie ścinające to wartość siły przykładanej do kwadratowego obszaru materiału, zwykle mierzona w wartościach ciśnienia paskali. Naprężenie to wielkość deformacji materiału pod wpływem naprężenia podzielona przez jego pierwotną długość. Wartość modułu ścinania jest zawsze liczbą dodatnią i jest wyrażana jako wielkość siły na jednostkę powierzchni, która jest na ogół rejestrowana jako metryczne gigapaskale (GPa), ponieważ wartości są bardziej praktyczne niż angielskie odpowiedniki.
Ponieważ gigapaskale są równe miliardom paskali siły na jednostkę powierzchni, liczby modułów ścinania mogą czasami wyglądać na zwodniczo małe. Przykład pokazujący, jak duże wartości modułu ścinania można wykazać, gdy zostaną one przeliczone na angielskie wartości funtów na cal kwadratowy (lb / in 2 ). Szacuje się, że diament ma moduł sztywności 478 GPa (69 328 039 funtów / cal 2 ), czysty aluminium jeden z 26 GPa (377 9981 funtów / cal 2 ), a zakres gumy od 0,0002 do 0,001 GPa (29 do 145 funtów / cal 2 ). Aby uczynić te jednostki bardziej praktycznymi przy użyciu liczb angielskich, praktyką jest wyrażanie ich w kipach na cal kwadratowy, gdzie kip jest równy wadze 1000 funtów.
Im twardsza jest substancja, tym wyższa jest jej wartość modułu ścinania, w zależności od temperatury otoczenia podczas pomiaru tej wartości. Wraz ze wzrostem wartości modułu ścinania wskazuje to, że do odkształcenia lub odkształcenia wzdłuż płaszczyzny kierunku siły potrzeba znacznie większej siły lub naprężenia. Jednak same wartości odkształceń wydają się być raczej małe w obliczeniach, ponieważ odkształcenie jest tylko miarą odkształcenia stałego materiału przed jego pęknięciem lub pęknięciem. Większość ciał stałych, takich jak metale, rozciągnie się tylko w niewielkiej ilości przed rozpadem.
Wyjątkiem od tego ograniczenia małych wartości odkształceń są materiały elastyczne, takie jak guma, które mogą znacznie się rozciągnąć przed degradacją. Materiały te są często mierzone za pomocą modułu sprężystości ścinania, który jest również stosunkiem naprężenia do odkształcenia. Wartości modułu sprężystości materiałów oparte są na tym, ile materiału można rozciągnąć, zanim ulegnie trwałemu odkształceniu.
Moduł sprężystości jest często tym samym pomiarem co moduł Younga, który w szczególności jest miarą naprężenia liniowego na bryle zdefiniowanej jako odkształcenie podłużne do naprężenia podłużnego. Inną ściśle powiązaną wartością w tej serii pomiarów jest moduł objętościowy, który przyjmuje moduł Younga i stosuje go do wszystkich trzech wymiarów w przestrzeni. Moduł objętościowy mierzy elastyczność ciała stałego, gdy nacisk na odkształcenie jest powszechnie stosowany ze wszystkich stron, i jest odwrotny do tego, co dzieje się, gdy materiał jest ściskany. Jest to wartość naprężenia objętościowego podzielona przez odkształcenie objętościowe, i można go zwizualizować na jednym przykładzie, co stałoby się z jednolitym ciałem stałym pod ciśnieniem wewnętrznym po umieszczeniu w próżni, co spowodowałoby jego rozszerzenie we wszystkich kierunkach.