Qu'est-ce que le module de Young?

Le module de Young mesure à quel point il est difficile de comprimer un matériau, tel que l'acier. Il mesure la pression et est généralement calculé en termes de pascals (Pa). Les physiciens l'utilisent le plus souvent pour déterminer la déformation, une mesure de la façon dont un matériau réagit à une pression, par exemple en le pressant ou en l'étirant.

Les forces interatomiques ou les forces qui maintiennent un matériau ensemble sont fortement associées à la compréhension du module de Young. Les atomes d'un solide exercent une force répulsive ou négative et une force attractive ou positive. Les forces créées par les atomes ne réalisent un équilibre que lorsqu'ils sont parfaitement séparés. Par exemple, si les atomes sont poussés trop près les uns des autres ou s'ils sont trop éloignés les uns des autres, les atomes ne seront plus en équilibre parfait. Une fois qu'ils ne sont plus en équilibre, ils s'opposeront à l'action qui leur est appliquée.

Plus les forces interatomiques sont rigoureuses, plus le module de Young sera élevé et plus le matériau s'opposera à l'action. Par exemple, si les forces interatomiques sont rigides, le module de Young sera grand et le matériau ne rétrécira pas autant lorsqu'il sera comprimé.

Lorsqu’il étudie la physique de l’acier, un scientifique doit d’abord se rappeler que l’acier est principalement constitué d’atomes de fer. En conséquence, le module d'acier de Young est approximativement le même que celui de fer. Le module de fer de Young étant de 195 000 000 000 Pa ou de 195 gigapascals (GPa), il est considéré comme très volumineux et très difficile à compresser.

Comprendre que l'acier est extrêmement difficile à comprimer est important dans la vie quotidienne. Par exemple, il peut être utilisé pour construire des bâtiments et ne pas devenir compressé, ce qui ruinerait l’intégrité de la structure du bâtiment. Un cube d'acier d'une largeur, d'une hauteur et d'une profondeur de seulement 1 mètre (3,28 pi) ne comprimerait qu'environ un micron tout en supportant le poids d'un autobus scolaire, en raison de la pression qu'il peut supporter. En comparaison, un cube composé des mêmes dimensions et composé de plomb a une valeur inférieure pour le module de Young. Le cube en plomb compresserait 14 fois plus que le cube en acier.

Le module de Young peut également être utilisé dans le calcul de la tension, où les atomes sont séparés au lieu d'être compressés. Dans ces cas, la contrainte est négative car les atomes sont étirés au lieu d'être compressés. Le concept principal à comprendre est que, dans les deux cas, c’est la raideur des forces entre les atomes qui sont mesurés - qu’ils soient compressés ou étirés. Par conséquent, la pression calculée pour le module de Young ne change pour aucun type de mesure.