ในทางวิทยาศาสตร์โมดูลัสแรงเฉือนคืออะไร?

แรงเฉือนโมดูลัสซึ่งมักจะเรียกว่าโมดูลัสของความแข็งแกร่งหรือโมดูลัสแรงบิดเป็นตัวชี้วัดของลักษณะแข็งหรือแข็งของวัสดุแข็งชนิดต่าง ๆ มันมาจากอัตราส่วนของวัสดุของค่าความเค้นเฉือนต่อความเครียดของแรงเฉือน แรงเฉือนคือค่าของแรงที่ใช้กับพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสของวัสดุซึ่งโดยปกติแล้วจะวัดค่าความดันของปาสคาล สายพันธุ์คือปริมาณที่วัสดุมีรูปร่างผิดปกติภายใต้ความเครียดหารด้วยความยาวดั้งเดิม ค่าโมดูลัสแรงเฉือนมักเป็นจำนวนบวกเสมอและแสดงเป็นจำนวนของแรงต่อหน่วยพื้นที่ซึ่งโดยทั่วไปจะถูกบันทึกเป็นเมตริก gigapascals (GPa) เนื่องจากค่านั้นมีประโยชน์มากกว่าภาษาอังกฤษที่เทียบเท่า

เนื่องจาก gigapascals เท่ากับแรงพันล้าน pascals ต่อหน่วยพื้นที่บางครั้งตัวเลขโมดูลัสของแรงเฉือนจึงบางครั้งอาจดูเล็ก ตัวอย่างของค่าโมดูลัสแรงเฉือนขนาดใหญ่สามารถแสดงให้เห็นได้เมื่อถูกแปลงเป็นค่าภาษาอังกฤษของปอนด์ต่อตารางนิ้ว (lb / in 2 ) เพชรประเมินว่ามีความแข็งแกร่ง 478 GPa (69,328,039 lb / in 2 ) อลูมิเนียมบริสุทธิ์หนึ่งใน 26 GPa (3,770,981 lb / in 2 ) และช่วงยางจาก 0.0002 ถึง 0.001 GPa (29 ถึง 145 lb / in 2 ) เพื่อให้หน่วยเหล่านี้สามารถใช้งานได้จริงกับตัวเลขภาษาอังกฤษการฝึกฝนคือการแสดงหน่วยเป็น kips ต่อตารางนิ้วซึ่ง kip นั้นมีน้ำหนักเท่ากับ 1,000 ปอนด์

สารที่แข็งกว่าคือค่าโมดูลัสแรงเฉือนยิ่งสูงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยรอบเมื่อวัดค่า เมื่อค่าโมดูลัสของแรงเฉือนเพิ่มสูงขึ้นสิ่งนี้บ่งชี้ว่าจำเป็นต้องใช้แรงหรือความเครียดในปริมาณที่มากกว่าเพื่อความเครียดหรือทำให้เสียโฉมตามแนวระนาบของทิศทางของแรง ค่าความเครียดนั้นมีแนวโน้มที่จะค่อนข้างเล็กอย่างไรก็ตามในการคำนวณเพราะความเครียดเป็นเพียงการวัดการเสียรูปของวัสดุแข็งก่อนที่มันจะแตกหรือแตกหัก ส่วนใหญ่ของแข็งเช่นโลหะจะยืดเพียงเล็กน้อยก่อนที่จะทำลายลง

ข้อยกเว้นสำหรับข้อ จำกัด นี้เกี่ยวกับค่าความเครียดเล็กน้อยคือวัสดุยืดหยุ่นเช่นยางซึ่งสามารถยืดได้อย่างมากก่อนที่จะย่อยสลาย วัสดุเหล่านี้มักจะถูกวัดแทนโดยใช้โมดูลัสแรงเฉือนของความยืดหยุ่นซึ่งเป็นอัตราส่วนของความเครียดกับความเครียด ค่าสำหรับโมดูลัสความยืดหยุ่นของวัสดุขึ้นอยู่กับวัสดุที่สามารถยืดได้ก่อนที่จะเกิดการเสียรูปถาวร

โมดูลัสของความยืดหยุ่นมักจะวัดเช่นเดียวกับโมดูลัสของ Young ซึ่งโดยเฉพาะคือการวัดความเครียดเชิงเส้นในของแข็งที่กำหนดไว้เป็นความเครียดตามแนวยาวกับความเครียดตามยาว อีกค่าที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดในชุดการวัดนี้คือโมดูลัสแบบกลุ่มซึ่งใช้โมดูลัสของ Young และใช้กับมิติทั้งสามในอวกาศ โมดูลัสแบบกลุ่มวัดความยืดหยุ่นของของแข็งเมื่อความดันในการเสียรูปถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางจากทุกด้านและเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุถูกอัด มันเป็นค่าของความเครียดเชิงปริมาตรหารด้วยความเครียดเชิงปริมาตรและสามารถมองเห็นได้ในตัวอย่างหนึ่งว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับของแข็งที่สม่ำเสมอภายใต้แรงดันภายในเมื่ออยู่ในสุญญากาศซึ่งจะทำให้มันขยายตัวในทุกทิศทาง