Was ist der Youngsche Modul?
Der Elastizitätsmodul ist ein Maß dafür, wie schwierig es ist, ein Material wie Stahl zu komprimieren. Es misst den Druck und wird typischerweise in Pascal (Pa) berechnet. Es wird am häufigsten von Physikern verwendet, um die Dehnung zu bestimmen, dh zu messen, wie ein Material auf einen Druck reagiert, beispielsweise wenn es zusammengedrückt oder gedehnt wird.
Interatomare Kräfte oder die Kräfte, die ein Material zusammenhalten, sind stark mit dem Verständnis des Elastizitätsmoduls verbunden. Die Atome in einem Festkörper üben sowohl abstoßende oder negative als auch anziehende oder positive Kräfte aufeinander aus. Die Kräfte, die die Atome erzeugen, erreichen erst dann ein Gleichgewicht, wenn sie perfekt getrennt sind. Wenn die Atome beispielsweise zu nahe beieinander liegen oder zu weit voneinander entfernt sind, befinden sich die Atome nicht mehr in perfektem Gleichgewicht. Sobald sie nicht mehr im Gleichgewicht sind, werden sie sich der Aktion widersetzen, die auf sie angewendet wird.
Je steifer die interatomaren Kräfte sind, desto größer ist der Elastizitätsmodul und desto mehr widersetzt sich das Material der Wirkung. Wenn beispielsweise die interatomaren Kräfte steif sind, ist der Elastizitätsmodul von Young groß und das Material schrumpft nicht so stark, wenn es zusammengedrückt wird.
Wenn ein Wissenschaftler die Physik von Stahl studiert, muss er sich zunächst daran erinnern, dass Stahl hauptsächlich aus Eisenatomen besteht. Folglich ist der Elastizitätsmodul von Stahl ungefähr der gleiche wie der Elastizitätsmodul von Eisen. Da der Elastizitätsmodul des Young 195.000.000.000 Pa oder 195 Gigapascal (GPa) beträgt, wird er als sehr groß und sehr schwer zu komprimieren angesehen.
Im Alltag ist es wichtig zu verstehen, dass Stahl extrem schwer zu komprimieren ist. Beispielsweise kann es verwendet werden, um Gebäude zu konstruieren und nicht komprimiert zu werden, wodurch die Integrität der Gebäudestruktur beeinträchtigt wird. Ein Würfel aus Stahl mit einer Breite, Höhe und Tiefe von nur 1 Meter würde aufgrund des Drucks, dem er standhalten kann, nur etwa 1 Mikrometer komprimieren und gleichzeitig das Gewicht eines Schulbusses tragen. Im Vergleich dazu hat ein Würfel, der die gleichen Abmessungen aufweist und aus Blei besteht, einen niedrigeren Wert für den Elastizitätsmodul. Der Bleiwürfel würde 14-mal mehr komprimieren als der Stahlwürfel.
Der Elastizitätsmodul kann auch zur Berechnung von Spannungen verwendet werden, bei denen die Atome auseinandergezogen werden, anstatt zusammengedrückt zu werden. In diesen Fällen ist die Spannung negativ, da die Atome gestreckt statt komprimiert werden. Das Hauptkonzept, das verstanden werden sollte, ist, dass in jedem Fall die Steifheit der Kräfte zwischen den Atomen gemessen wird - ob sie komprimiert oder gedehnt werden. Folglich ändert sich der für den Elastizitätsmodul berechnete Druck für beide Arten von Messungen nicht.