Le module de rigidité, ou module de cisaillement, est utilisé pour déterminer à quel point les matériaux seront élastiques ou pliables s’ils sont cisaillés, poussés parallèlement des côtés opposés. Cette propriété devient la partie utile de nombreux calculs, et elle s’appelle le coefficient d’élasticité lors du cisaillement. Elle peut être mesurée par un essai de contrainte de cisaillement, qui est effectué en plaçant une tige d’un matériau donné dans une pince et en appliquant une force à une distance mesurée de la pince à un seul côté de la tige.
Il existe trois applications courantes pour la formule du module de cisaillement. Le module de Young pour les cordes et le module de Bulk pour les gaz ont tous deux besoin du module de cisaillement pour prédire comment les ondes se forment dans les gaz. Le test de contrainte de cisaillement est également utilisé s’il est déjà connu pour prédire la quantité de force nécessaire pour plier un matériau.
Les scientifiques des matériaux et les physiciens appliqués utilisent ce concept de manière particulière. Comprendre le module de rigidité aidera à sélectionner le bon matériau à utiliser pour la construction dans de nombreuses circonstances. Plus la force est faible, plus le matériau se pliera facilement. Il est calculé et enregistré publiquement pour la plupart des matériaux. Une tige en or se pliera plus facilement qu’une tige de même épaisseur en acier, par exemple, et le module de cisaillement l’indique clairement pour la plupart des comparaisons.
À des niveaux minuscules, le module de rigidité se rapporte aux atomes glissant les uns sur les autres. Cela aide à expliquer pourquoi la température et la pression l’affectent également. Plus un objet est froid et plus il subit de pression, plus il devient rigide ou raide. À haute température et à basse pression, la plupart des matériaux commencent à fondre et deviennent plus faciles à plier.
Prédire cette propriété peut être très difficile. Faire un essai de contrainte de cisaillement peut donner une mesure des matériaux disponibles. Il devient difficile de découvrir de nouveaux matériaux qui montrent de meilleures performances dans certaines conditions, comme au fond de l’océan. Dans certains cas, les matériaux n’ont jamais été créés et les scientifiques utilisent les mathématiques pour prédire le module de cisaillement.
L’expérience commune avec les matériaux peut s’expliquer par cette propriété. La plupart des gens comprennent que les diamants sont très durs : ils ont un module de rigidité 10 fois supérieur à celui de l’acier. Les élastiques s’enroulent et se tordent sans effort, et leur mesure est très petite. Les boîtes métalliques minces sont faciles à plier, mais les plastiques épais ne le sont pas, car même si les métaux sont plus rigides, les épaisseurs ne sont pas les mêmes.