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Shear modulus

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Shear modulus, constante numérica que descreve as propriedades elásticas de um sólido sob a aplicação de forças internas transversais tais como surgem, por exemplo, em torção, como em torcer um tubo metálico em torno do seu eixo longitudinal. Dentro desse material, qualquer pequeno volume cúbico é ligeiramente distorcido de tal forma que duas das suas faces deslizam paralelamente uma à outra a uma pequena distância e duas outras faces mudam de quadrados para formas diamantadas. O módulo de cisalhamento é uma medida da capacidade de um material de resistir a deformações transversais e é um índice válido de comportamento elástico apenas para pequenas deformações, após o que o material é capaz de regressar à sua configuração original. Grandes forças de cisalhamento levam ao fluxo e à deformação ou fractura permanente. O módulo de cisalhamento é também conhecido como rigidez.

Matematicamente o módulo de cisalhamento é igual ao quociente da tensão de cisalhamento dividido pela deformação de cisalhamento. A tensão de cisalhamento, por sua vez, é igual à força de cisalhamento F dividida pela área A paralela à e na qual é aplicada, ou F/A. A tensão de cisalhamento ou deformação relativa é uma medida da alteração da geometria e, neste caso, é expressa pela função trigonométrica, tangente (tan) do ângulo θ (theta), que denota a quantidade de alteração nos ângulos de 90°, ou à direita, do volume cúbico representativo minuto do material não deformado. Matematicamente, a deformação de cisalhamento é expressa como tan θ ou o seu equivalente, por definição, x/y. O próprio módulo de cisalhamento pode ser expresso matematicamente como

módulo de cisalhamento = (tensão de cisalhamento)/(tensão de cisalhamento) = (F/A)/(x/y).

Esta equação é uma forma específica da lei de elasticidade de Hooke. Como o denominador é uma razão e, portanto, sem dimensão, as dimensões do módulo de cisalhamento são as dimensões de força por unidade de área. No sistema inglês, o módulo de cisalhamento pode ser expresso em unidades de libras por polegada quadrada (geralmente abreviado para psi); as unidades SI comuns são newtons por metro quadrado (N/m2). O valor do módulo de cisalhamento para o alumínio é de cerca de 3,5 × 106 psi, ou 2,4 × 1010 N/m2. Em comparação, o aço sob tensão de corte é mais de três vezes mais rígido que o alumínio.

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