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Módulo de cizallamiento

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Módulo de cizallamiento, constante numérica que describe las propiedades elásticas de un sólido bajo la aplicación de fuerzas internas transversales como las que surgen, por ejemplo, en la torsión, como en la torsión de un tubo metálico alrededor de su eje longitudinal. Dentro de un material de este tipo, cualquier volumen cúbico pequeño se deforma ligeramente de forma que dos de sus caras se deslizan paralelas entre sí una pequeña distancia y otras dos caras cambian de forma cuadrada a forma de diamante. El módulo de cizallamiento es una medida de la capacidad de un material para resistir deformaciones transversales y es un índice válido de comportamiento elástico sólo para pequeñas deformaciones, tras las cuales el material es capaz de volver a su configuración original. Las fuerzas de cizallamiento grandes provocan flujo y deformación permanente o fractura. El módulo de cizallamiento también se conoce como la rigidez.

Matemáticamente el módulo de cizallamiento es igual al cociente del esfuerzo de cizallamiento dividido por la deformación de cizallamiento. El esfuerzo de corte, a su vez, es igual a la fuerza de corte F dividida por el área A paralela y en la que se aplica, o F/A. La tensión de cizallamiento o deformación relativa es una medida del cambio en la geometría y, en este caso, se expresa mediante la función trigonométrica, tangente (tan) del ángulo θ (theta), que denota la cantidad de cambio en los ángulos de 90°, o rectos, del volumen cúbico representativo del material no tensado. Matemáticamente, la deformación por cizallamiento se expresa como tan θ o su equivalente, por definición, x/y. El módulo de cizallamiento en sí mismo puede expresarse matemáticamente como

Módulo de cizallamiento = (tensión de cizallamiento)/(deformación de cizallamiento) = (F/A)/(x/y).

Esta ecuación es una forma específica de la ley de elasticidad de Hooke. Dado que el denominador es un cociente y, por tanto, adimensional, las dimensiones del módulo de cizalladura son las de la fuerza por unidad de superficie. En el sistema inglés, el módulo de cizallamiento puede expresarse en unidades de libras por pulgada cuadrada (normalmente abreviadas como psi); las unidades comunes del SI son newtons por metro cuadrado (N/m2). El valor del módulo de cizallamiento para el aluminio es de aproximadamente 3,5 × 106 psi, o 2,4 × 1010 N/m2. En comparación, el acero bajo esfuerzo cortante es más de tres veces más rígido que el aluminio.

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