U znanosti, što je modul smicanja?

Modul smicanja, koji se također često naziva modulom krutosti ili modulom torzije, mjera je krute ili krute prirode različitih vrsta čvrstih materijala. Izvodi se iz omjera materijala njegove vrijednosti posmičnog naprezanja i posmične deformacije. Posmično naprezanje je vrijednost kolika je sila primijenjena na kvadratnu površinu materijala, obično se mjeri u vrijednostima tlaka u paskalima. Deformacija je količina koju je materijal deformirao pod naprezanjem podijeljena s njegovom izvornom duljinom. Vrijednost modula posmika uvijek je pozitivan broj i izražava se kao količina sile po jedinici površine, koja se općenito bilježi kao metrički gigapaskali (GPa) jer su vrijednosti praktičnije od engleskih ekvivalenta.

Budući da su gigapaskali jednaki milijardama paskala sile po jedinici površine, brojevi modula posmika ponekad mogu izgledati varljivo mali. Primjer koliko velike vrijednosti modula posmika mogu biti prikazane su kada se pretvore u engleske vrijednosti funti po kvadratnom inču (lb/in2). Procjenjuje se da dijamant ima modul krutosti od 478 GPa (69,328,039 lb/in2), čisti aluminij od 26 GPa (3,770,981 lb/in2), a guma se kreće od 0.0002 do 0.001 GPa29 (145 do b2in1,000). Kako bi ove jedinice bile praktičnije s engleskim brojevima, praksa je da se izražavaju u kipovima po kvadratnom inču, gdje je kip jednak težini od XNUMX funti.

Što je tvar tvrđa, to je veća vrijednost modula smicanja, ovisno o temperaturi okoline kada se vrijednost mjeri. Kako vrijednost modula posmika raste, to ukazuje da je potrebna mnogo veća sila ili naprezanje da bi se naprezao ili deformirao duž ravnine smjera sile. Same vrijednosti naprezanja obično su prilično male u proračunima, jer je deformacija samo mjera deformacije čvrstog materijala prije nego što se slomi ili lomi. Većina čvrstih tvari poput metala rastegnut će se samo malo prije nego što se razbije.

Iznimka od ovog ograničenja na male vrijednosti naprezanja su elastični materijali poput gume, koji se mogu jako rastegnuti prije nego što se degradiraju. Ti se materijali često umjesto toga mjere pomoću modula posmika elastičnosti, koji je također omjer naprezanja naspram deformacije. Vrijednosti modula elastičnosti materijala temelje se na tome koliko se materijal može rastegnuti prije nego što doživi trajnu deformaciju.

Modul elastičnosti je često isto mjerenje kao i Youngov modul, što je konkretno mjera linearnog naprezanja na krutom tijelu definirano kao uzdužno naprezanje prema uzdužnom naprezanju. Još jedna usko povezana vrijednost u ovoj seriji mjerenja je bulk modul, koji uzima Youngov modul i primjenjuje ga na sve tri dimenzije u prostoru. Bulk modul mjeri elastičnost čvrste tvari kada se pritisak na deformaciju univerzalno primjenjuje sa svih strana, a suprotan je onome što se događa kada se materijal komprimira. To je vrijednost volumetrijskog naprezanja podijeljena s volumetrijskim naprezanjem, a može se vizualizirati u jednom primjeru kao što bi se dogodilo jednoličnoj krutini pod unutarnjim tlakom kada se stavi u vakuum, što bi uzrokovalo širenje u svim smjerovima.