В науке, что такое модуль сдвига?

Модуль сдвига, который также часто называют модулем жесткости или модуля кручения, является мерой жесткой или жесткой природы различных типов твердых материалов. Он получен из отношения материала его значения напряжения сдвига к напряжению сдвига. Напряжение сдвига - это величина силы, приложенной к квадратной площади материала, обычно измеряемая в значениях давления паскалей. Деформация - это величина деформации материала под нагрузкой, деленная на его первоначальную длину. Значение модуля сдвига всегда является положительным числом и выражается в виде величины силы на единицу площади, которая обычно записывается как метрические гигапаскали (ГПа), поскольку значения более практичны, чем английские эквиваленты.

Поскольку гигапаскали равны миллиардам паскалей силы на единицу площади, числа модулей сдвига иногда могут выглядеть обманчиво малыми. Пример того, как большие значения модуля сдвига могут быть продемонстрированы, когда они преобразуются в английские значения фунтов на квадратный дюйм (фунт / дюйм ² ). По оценкам, алмаз имеет модуль жесткости 478 ГПа (69,338,039 фунт / дюйм ² ), чистый алюминий - 26 ГПа (3,770,981 фунт / дюйм ² ), а резина находится в диапазоне от 0,0002 до 0,001 ГПа (29-145 фунтов / дюйм ² ). ). Чтобы сделать эти единицы более практичными с английскими числами, практикой является выражать их в кипах на квадратный дюйм, где килограмм равен весу в 1000 фунтов.

Чем тверже вещество, тем выше его модуль сдвига, в зависимости от температуры окружающей среды при измерении значения. Когда значение модуля сдвига возрастает, это указывает на то, что для его деформации или деформации вдоль плоскости направления силы требуется значительно большее усилие или напряжение. Однако сами значения деформации, как правило, довольно малы в расчетах, поскольку деформация является лишь мерой деформации твердого материала до его разрушения или разрушения. Большинство твердых веществ, таких как металлы, растягиваются лишь на небольшое количество, а затем разрушаются.

Исключением из этого ограничения в отношении малых значений деформации являются упругие материалы, такие как резина, которые могут сильно растягиваться до разрушения. Эти материалы часто измеряются вместо этого с использованием модуля упругости сдвига, который также является отношением напряжения к деформации. Значения модуля упругости для материалов основаны на том, насколько материал может быть растянут до того, как он подвергнется постоянной деформации.

Модуль упругости часто является тем же измерением, что и модуль Юнга, который конкретно является мерой линейного напряжения на твердом теле, определяемого как продольное напряжение до продольного напряжения. Другим тесно связанным значением в этой серии измерений является объемный модуль, который принимает модуль Юнга и применяет его ко всем трем измерениям в пространстве. Объемный модуль измеряет упругость твердого тела, когда давление, чтобы деформировать его, универсально приложено со всех сторон, и является противоположностью того, что происходит, когда материал сжимается. Это величина объемного напряжения, деленная на объемную деформацию, и в одном примере ее можно визуализировать как то, что произойдет с однородным твердым телом под внутренним давлением при помещении в вакуум, что приведет к его расширению во всех направлениях.