Kaj je strižni modul v znanosti?

Strižni modul, ki ga pogosto imenujemo tudi modul togosti ali torzijski modul, je merilo toge ali togosti različnih vrst trdnih materialov. Izhaja iz razmerja med vrednostjo strižne napetosti materiala in vrednostjo strižne napetosti. Strižna napetost je vrednost, kolikšna sila deluje na kvadratno površino materiala, običajno merjena v vrednostih tlaka v paskalih. Deformacija je količina, ki jo je material deformiran pod napetostjo, deljena z njegovo prvotno dolžino. Vrednost strižnega modula je vedno pozitivno število in je izražena kot količina sile na enoto površine, ki je na splošno zabeležena kot metrični gigapaskali (GPa), ker so vrednosti bolj praktične od angleških ustreznikov.

Ker so gigapaskali enaki milijardam pascalov sile na enoto površine, so lahko številke strižnega modula včasih videti zavajajoče majhne. Primer, kako velike so lahko vrednosti strižnega modula, je prikazan, ko se pretvorijo v angleške vrednosti funtov na kvadratni palec (lb/in2). Ocenjuje se, da ima diamant modul togosti 478 GPa (69,328,039 lb/in2), čisti aluminij 26 GPa (3,770,981 lb/in2), guma pa se giblje od 0.0002 do 0.001 GPa (29 do 145in2). Da bi bile te enote bolj praktične z angleškimi številkami, je praksa, da jih izrazimo v kipah na kvadratni palec, kjer je kip enak teži 1,000 funtov.

Trša kot je snov, višja je njena vrednost strižnega modula, odvisno od temperature okolja, ko se vrednost meri. Ko se vrednost strižnega modula dvigne, to pomeni, da je potrebna veliko večja sila ali napetost, da se napne ali deformira vzdolž ravnine smeri sile. Same vrednosti deformacij so pri izračunih ponavadi precej majhne, ​​ker je deformacija le merilo deformacije trdnega materiala, preden se zlomi ali zlomi. Večina trdnih snovi, kot so kovine, se le malo raztegne, preden se razgradi.

Izjema pri tej omejitvi pri majhnih vrednostih deformacij so elastični materiali, kot je guma, ki se lahko zelo raztegne, preden se razgradi. Ti materiali se pogosto merijo z uporabo strižnega modula elastičnosti, ki je tudi razmerje med napetostjo in deformacijo. Vrednosti modula elastičnosti materialov temeljijo na tem, koliko se material lahko raztegne, preden se trajno deformira.

Modul elastičnosti je pogosto enaka meritvi kot Youngov modul, ki je konkretno merilo linearne napetosti na trdni snovi, opredeljene kot vzdolžna deformacija do vzdolžne napetosti. Druga tesno povezana vrednost v tej seriji meritev je množični modul, ki vzame Youngov modul in ga uporabi za vse tri dimenzije v prostoru. Skupni modul meri elastičnost trdne snovi, ko se pritisk za njeno deformacijo univerzalno uporablja z vseh strani, in je nasproten tistemu, kar se zgodi, ko je material stisnjen. To je vrednost volumetrične napetosti, deljena z volumetrično deformacijo, in jo lahko v enem primeru vizualiziramo kot tisto, kar bi se zgodilo z enotno trdno snovjo pod notranjim tlakom, ko bi jo postavili v vakuum, zaradi česar bi se razširila v vse smeri.