Modul smicanja

U nauci o materijalima, modul smicanja ili modul krutosti, označen sa G, ili ponekad S ili μ, mera je elastične smične krutosti materijala i definisan je kao odnos smičnog naprezanja i smične deformacije:[1]

Modul smicanja
Uobičajeni simboli
G, S, μ
SI jedinicaPa
Derivacije iz
drugih kvantiteta
G = τ / γ = E / [2(1 + ν)]
Naprezanje smicanja

gde je

= stres smicanja
je sila koja deluje
je površina na kojoj sila deluje
= naprezanje smicanja. U inžinjerstvu , drugde
je transverzalni premeštaj
je inicijalna dužina oblasti.

Izvedena SI jedinica za modul smicanja je paskal (Pa), iako se obično izražava u gigapaskalima (GPa) ili u hiljadama funti po kvadratnom inču (ksi). Njen dimenzionalni oblik je M1L−1T−2, zamenjujući silu masom puta ubrzanje.

Objašnjenje

MaterijalTipične vrednosti za
modul smicanja (GPa)
(na sobnoj temperaturi)
Dijamant[2]478,0
Čelik[3]79,3
Gvožđe[4]52,5
Bakar[5]44,7
Titanijum[3]41,4
Staklo[3]26,2
Aluminijum[3]25,5
Polietilen[3]0,117
Guma[6]0,0006
Granit[7][8]24
Škriljac[7][8]1,6
Krečnjak[7][8]24
Kreda[7][8]3,2
Peščar[7][8]0,4
Drvo4

Modul smicanja je jedna od nekoliko veličina za merenje krutosti materijala. Sve one proizilaze iz generalizovanog Hukovog zakona:

  • Jangov modul E opisuje odgovor na naprezanje materijala izazvano jednoosnim naponom u pravcu ovog naprezanja (poput povlačenja krajeva žice ili stavljanja težine na vrh stuba, pri čemu žica postaje duža i stub gubi visinu),
  • Poasonov odnos ν opisuje odgovor u pravcima koji su ortogonalni na ovo jednoosno naprezanje (žica postaje tanja, a stub deblji),
  • modul stišljivosti K opisuje odgovor materijala na (ujednačeni) hidrostatički pritisak (poput pritiska na dnu okeana ili dubokog bazena),
  • modul smicanja G opisuje reakciju materijala na napon smicanja (kao što je sečenje tupim makazama).

Ovi moduli nisu nezavisni, a za izotropne materijale su povezani preko jednačina[9]

Modul smicanja se odnosi na deformaciju čvrstog tela kada doživljava silu paralelnu jednoj od njegovih površina, dok njena suprotna strana doživljava suprotnu silu (kao što je trenje). U slučaju predmeta u obliku pravougaone prizme, on će se deformisati u paralelepiped. Anizotropni materijali kao što su drvo, papir, i takođe u suštini svi monokristali pokazuju različite reakcije materijala na naprezanje ili naprezanje kada se testiraju u različitim pravcima. U ovom slučaju, možda će biti potrebno da se koristi pun tenzorski izraz elastičnih konstanti, umesto jedne skalarne vrednosti.

Jedna moguća definicija fluida bi bila materijal sa nultim modulom smicanja.

Reference