Un plan de cisaillement est le plan dans lequel se produit la contrainte de cisaillement. Comme la contrainte normale, la contrainte de cisaillement est une mesure de la force par unité de surface. En tout point d’une structure, il existe de nombreux plans possibles qui peuvent être définis pour mesurer la contrainte. Par conséquent, quel que soit le plan contenant la zone en question, il s’agit du plan de cisaillement. Le plan de cisaillement est utile pour les ingénieurs qui analysent les contraintes internes dans les structures.
Le stress a les mêmes unités que la pression : la force par surface. Une contrainte normale se produit lorsqu’un composant est mis en tension ou en compression. Si une tige métallique est étirée verticalement, une contrainte interne aura tendance à résister à une déformation supplémentaire. Cette contrainte se produira dans les sections transversales horizontales de la barre. La contrainte est dite normale car elle est dirigée à angle droit ou perpendiculaire aux plans de contrainte horizontaux.
La contrainte de cisaillement est similaire à la contrainte normale en ce sens qu’elle a les mêmes unités. La direction de la contrainte, cependant, est parallèle à son plan de contrainte. Ce type de contrainte pourrait se produire si un ensemble différent de forces était appliqué à la même barre métallique ; à savoir, si quelqu’un tenait le bas de la barre immobile tout en essayant de déplacer le haut de la barre vers la droite. La contrainte interne qui en résulte est appelée contrainte de cisaillement, car des parties de la barre essaient de glisser ou de se cisailler les unes au-dessus des autres.
Dans ces conditions de chargement, les contraintes sur un plan horizontal situé au centre de la barre seraient des contraintes de cisaillement dirigées horizontalement. Le bas de la barre essaierait de se déplacer vers la gauche; il soumettrait des forces vers la gauche dans un plan de cisaillement horizontal. Le haut de la barre essaierait de se déplacer vers la droite ; il soumettrait des forces vers la droite sur le même plan de cisaillement.
L’analyse du plan de cisaillement est importante pour éviter la défaillance mécanique d’une structure. Chaque matériau a une limite quant au stress qu’il peut endurer. Cette limite est une propriété du matériau lui-même, plutôt que la forme de l’objet. Par exemple, deux élastiques pourraient être fabriqués dans des tailles différentes mais à partir du même matériau. Le plus grand peut résister à plus de force avant de se briser, mais uniquement parce qu’il a plus de section transversale pour répartir la force ; la contrainte interne sera la même à la rupture pour les deux tailles.
De même, les composants peuvent se casser en raison d’une contrainte de cisaillement trop importante. Si un composant tombe en panne sous l’effet d’une contrainte de cisaillement, des parties de celui-ci glisseront littéralement les unes sur les autres. Les vieux boulons métalliques, par exemple, échouent généralement de cette manière. La limite de contrainte de cisaillement, comme la contrainte normale, est une propriété matérielle.