Vad är skjuvmodul i vetenskapen?

skjuvmodul, som också ofta kallas modulen för styvhet eller torsionsmodul, är ett mått på den styva eller styva naturen hos olika typer av fasta material. Det härstammar från materialets förhållande mellan skjuvspänningsvärdet och skjuvningsstammen. Skjuvspänning är ett värde på hur mycket kraft som appliceras på ett fyrkantigt område i ett material, vanligtvis mätt i tryckvärden för pascals. Stam är den mängd som materialet har deformerats under spänning dividerat med sin ursprungliga längd. Skjuvmodulvärdet är alltid ett positivt antal och uttrycks som en mängd kraft per enhetsområde, vilket vanligtvis registreras som metriska gigapascals (GPA) eftersom värdena är mer praktiska än engelska ekvivalenter.

Eftersom Gigapascals är lika med miljarder pascals av kraft per enhetsområde, kan skjuvmodulantal ibland se bedrägligt små ut. Ett exempel på hur stora skjuvmodulvärden kan visas när de konverteras till engelska värden på pund per kvadrat tum (LB/i ² ). Diamond is estimated to have a modulus of rigidity of 478 GPa (69,328,039 lb/in²), pure aluminum one of 26 GPa (3,770,981 lb/in²), and rubber ranges from 0.0002 to 0.001 GPa (29 to 145 lb/in²). För att göra dessa enheter mer praktiska med engelska siffror är praxis att uttrycka dem i KIPS per kvadrat tum, där en Kip är lika med en vikt på 1 000 pund.

Ju hårdare ett ämne är, desto högre skjuvmodulvärde, beroende på omgivningstemperaturen när värdet mäts. När skjuvmodulvärdet stiger, indikerar detta att en mycket större mängd kraft eller stress krävs för att anstränga eller deformera det längs kraftens riktning. Stamvärden tenderar dock att vara ganska små i beräkningarna, eftersom stammen endast är ett mått på deformation av ett fast material innan det bryts eller frakturer. Mest solidS som metaller sträcker sig bara en liten mängd innan de bryts ned.

Undantaget från denna begränsning av små töjningsvärden är elastiska material som gummi, som kan sträcka mycket innan nedbrytning. Dessa material mäts ofta istället med hjälp av skjuvmodulen för elasticitet, vilket också är ett förhållande mellan stress kontra stam. Värden för elasticitetsmodulen baseras på hur mycket ett material kan sträckas innan det genomgår permanent deformation.

elasticitetsmodulen är ofta samma mätning som Youngs modul, vilket specifikt är ett mått på linjär stress på ett fast definierat som longitudinell stam till longitudinell stress. Ett annat nära besläktat värde i denna serie mätningar är bulkmodul, som tar Youngs modul och tillämpar det på alla tre dimensioner i rymden. Bulkmodul mäter elasticiteten hos ett fast ämne när trycket för att deformera det används universellt från alla sidor och är motsatsen till vad som händer när enMaterial komprimeras. Det är ett värde av volymetrisk stress dividerat med volymetrisk stam och kan visualiseras i ett exempel som vad som skulle hända med ett enhetligt fast ämne under internt tryck när det placeras i ett vakuum, vilket skulle få den att expandera i alla riktningar.