O que é um plano de cisalhamento?
Um plano de cisalhamento é o plano no qual a tensão de cisalhamento ocorre. Como a tensão normal, a tensão de cisalhamento é uma medida de força por unidade de área. Em qualquer ponto da estrutura, existem muitos planos possíveis que podem ser definidos para medir a tensão. Por conseguinte, qualquer plano que contenha a área em questão é o plano de cisalhamento. O plano de cisalhamento é útil para engenheiros que analisam as tensões internas nas estruturas.
O estresse tem as mesmas unidades que a pressão: força por área. O estresse normal ocorre quando um componente é colocado em tensão ou compressão. Se uma haste de metal for esticada verticalmente, uma tensão interna tenderá a resistir a outras deformações. Esse estresse ocorrerá nas seções transversais horizontais da barra. Diz-se que a tensão é normal porque é direcionada em ângulo reto ou normal aos planos de tensão horizontal.
O estresse de cisalhamento é semelhante ao estresse normal, pois possui as mesmas unidades. A direção do estresse, no entanto, é paralela ao seu plano de estresse. Esse tipo de estresse poderia resultar se um conjunto diferente de forças fosse aplicado à mesma barra de metal; ou seja, se alguém mantiver a parte inferior da barra parada enquanto tenta mover a parte superior da barra para a direita. A tensão interna resultante é chamada de tensão de cisalhamento, porque partes da barra estão tentando deslizar, ou cisalhar, uma após a outra.
Sob essas condições de carregamento, as tensões em um plano horizontal localizado no centro da barra seriam tensões de cisalhamento direcionadas horizontalmente. O fundo da barra estaria tentando se mover para a esquerda; sujeitaria as forças à esquerda em um plano de cisalhamento horizontal. O topo da barra estaria tentando se mover para a direita; sujeitaria forças direitas no mesmo plano de cisalhamento.
A análise do plano de cisalhamento é importante para evitar a falha mecânica de uma estrutura. Todo material tem um limite de quanto estresse ele pode suportar. Esse limite é uma propriedade do próprio material, e não a forma do objeto. Por exemplo, duas bandas de borracha podem ser feitas em tamanhos diferentes, mas do mesmo material. O maior pode suportar mais força antes de quebrar, mas apenas porque possui mais área de seção transversal para distribuir a força; o estresse interno será o mesmo na falha nos dois tamanhos.
Da mesma forma, os componentes podem quebrar por causa de muita tensão de cisalhamento. Se um componente falhar por tensão de cisalhamento, partes dele literalmente deslizam umas sobre as outras. Parafusos de metal velhos, por exemplo, geralmente falham dessa maneira. O limite de tensão de cisalhamento, como ocorre com a tensão normal, é uma propriedade do material.