Co je Youngův modul?

Youngův modul je měřítkem toho, jak obtížné je stlačit materiál, například ocel. Měří tlak a obvykle se počítá v pascalech (Pa). Fyzikové jej nejčastěji používají ke stanovení napětí, měření toho, jak materiál reaguje na tlak, jako je například stlačení nebo protažení.

Interatomické síly nebo síly, které drží materiál pohromadě, jsou silně spojeny s porozuměním Youngova modulu. Atomy v pevné látce působí jak odpudivé, tak negativní, a přitažlivé nebo pozitivní síly na sebe. Síly, které atomy vytvoří, dosáhnou rovnováhy, pouze pokud jsou dokonale odděleny. Například, pokud jsou atomy tlačeny příliš blízko u sebe nebo jsou-li od sebe vzdáleny příliš daleko, atomy již nebudou v dokonalé rovnováze. Jakmile přestanou být v rovnováze, budou se postavit proti akci, která se na ně vztahuje.

Čím tužší interatomické síly jsou, tím větší bude hodnota Youngova modulu a čím více bude materiál proti akci. Například, pokud jsou interatomické síly tuhé, pak Youngův modul bude velký a materiál se při stlačení příliš nezmenší.

Při studiu fyziky oceli si musí vědec nejprve uvědomit, že ocel je tvořena především atomy železa. V důsledku toho je Youngův modul oceli přibližně stejný jako Youngův modul železa. Protože Youngův modul železa je 195 000 000 000 Pa nebo 195 gigapascalů (GPa), považuje se za velmi velký a velmi obtížně komprimovatelný.

V každodenním životě je důležité pochopit, že ocel je velmi obtížně stlačitelná. Například může být použit k výstavbě budov a nestane se komprimovaným, což ničí integritu struktury budovy. Kostka z oceli, která má šířku, výšku a hloubku jen 1 metr (3,28 ft), by komprimovala pouze asi jeden mikrometr, zatímco by unesla hmotnost jednoho školního autobusu, kvůli množství tlaku, který vydrží. Ve srovnání, kostka, která se skládá ze stejných rozměrů a je vyrobena z olova, má nižší hodnotu pro Youngův modul. Olověná kostka by komprimovala 14krát více než ocelová kostka.

Youngův modul lze také použít při výpočtu napětí, kde jsou atomy namísto stisku k sobě roztaženy. V těchto případech je kmen negativní, protože atomy jsou namáhány místo komprimovaných. Hlavní koncept, který je třeba chápat, je, že v obou případech je to tuhost sil mezi atomy, které jsou měřeny - ať už jsou stlačovány nebo napínány. V důsledku toho se tlak vypočítaný pro Youngův modul nemění pro žádný druh měření.