Na ciência, o que é módulo de cisalhamento?

O módulo de cisalhamento, que também é freqüentemente chamado de módulo de rigidez ou módulo de torção, é uma medida da natureza rígida ou rígida de diferentes tipos de materiais sólidos. É derivado da razão do material entre seu valor de tensão de cisalhamento e o valor da tensão de cisalhamento. A tensão de cisalhamento é um valor de quanta força é aplicada a uma área quadrada de um material, geralmente medida em valores de pressão de pascal. Tensão é a quantidade que o material se deforma sob tensão dividido pelo seu comprimento original. O valor do módulo de cisalhamento é sempre um número positivo e é expresso como uma quantidade de força por unidade de área, que geralmente é registrada como gigapascal métrico (GPa) porque os valores são mais práticos do que equivalentes em inglês.

Como gigapascals são iguais a bilhões de pascal de força por unidade de área, os números de módulo de cisalhamento às vezes podem parecer enganosamente pequenos. Um exemplo de como valores de módulo de cisalhamento grandes podem ser demonstrados quando eles são convertidos em valores ingleses de libras por polegada quadrada (lb / in ² ). Estima-se que o diamante tenha um módulo de rigidez de 478 GPa (69.328.039 lb / in ² ), alumínio puro um de 26 GPa (3.770.981 lb / in ² ) e a borracha varia de 0,0002 a 0,001 GPa (29 a 145 lb / in ^2). ) Para tornar essas unidades mais práticas com números em inglês, a prática é expressá-las em kips por polegada quadrada, onde um kip é igual a um peso de 1.000 libras.

Quanto mais difícil é uma substância, maior é o valor do módulo de cisalhamento, dependendo da temperatura ambiente quando o valor é medido. À medida que o valor do módulo de cisalhamento aumenta, isso indica que é necessária uma quantidade muito maior de força ou tensão para forçar ou deformar ao longo do plano da direção da força. Os valores das deformações tendem a ser bastante pequenos, no entanto, nos cálculos, porque a tensão é apenas uma medida da deformação de um material sólido antes que ele quebre ou se quebre. A maioria dos sólidos, como os metais, estica apenas uma pequena quantidade antes de se decompor.

A exceção a essa limitação em pequenos valores de deformação são os materiais elásticos, como a borracha, que podem esticar bastante antes da degradação. Em vez disso, esses materiais são medidos usando o módulo de cisalhamento da elasticidade, que também é uma razão de tensão versus tensão. Os valores para o módulo de elasticidade dos materiais baseiam-se em quanto um material pode ser esticado antes de sofrer deformação permanente.

O módulo de elasticidade geralmente é a mesma medida que o módulo de Young, que é especificamente uma medida de tensão linear em um sólido definido como tensão longitudinal para tensão longitudinal. Outro valor intimamente relacionado nessa série de medições é o módulo em massa, que pega o módulo de Young e o aplica a todas as três dimensões no espaço. O módulo a granel mede a elasticidade de um sólido quando a pressão para deformar é aplicada universalmente por todos os lados e é o oposto do que acontece quando um material é comprimido. É um valor de tensão volumétrica dividido por tensão volumétrica, e pode ser visualizado em um exemplo como o que aconteceria com um sólido uniforme sob pressão interna quando colocado no vácuo, o que faria com que ela se expandisse em todas as direções.