Che cos'è il modulo di massa?
I materiali generalmente possono essere compressi quando sottoposti a pressioni esterne applicate sulle loro superfici. La riduzione del volume di un materiale a una data pressione varia ampiamente da materiale a materiale. I gas sono generalmente più facilmente compressi sotto pressione, mentre i solidi possono essere compressi relativamente poco e con grande difficoltà. Il modulo di massa è una proprietà del materiale che indica il grado di resistenza di un materiale alla compressione. Può anche essere indicato da una serie di altri termini come il modulo di elasticità di massa, il modulo di compressione e altri.
Un modo di pensarlo è il reciproco della compressibilità. Un modulo di massa elevato per un materiale indica una resistenza alla compressione relativamente elevata, il che significa che è difficile da comprimere. Un valore basso indica una resistenza relativamente bassa alla compressione, il che significa che il materiale viene compresso relativamente facilmente. Ad esempio, il modulo di massa dell'acciaio è di molti ordini di grandezza più grande di quello dell'aria, che può essere compresso relativamente facilmente con un compressore d'aria.
I valori del modulo di massa di un materiale variano a seconda di fattori quali la temperatura di quel materiale o la quantità di aria che viene miscelata in esso. Man mano che il materiale si riscalda, il suo volume generalmente si espanderà, risultando in una struttura fisica più aperta e più facile da comprimere. L'aria intrappolata in un materiale influisce anche sulla struttura fisica di un materiale, influenzando così il suo modulo di massa.
Alcuni fluidi, come l'acqua o il fluido idraulico, vengono talvolta chiamati casualmente fluidi incomprimibili. Questo non è strettamente preciso, ma poiché le loro compressibilità sono relativamente basse, il modulo di massa può essere ignorato in alcuni calcoli di ingegneria. In determinate circostanze, tuttavia, ad esempio in alcune situazioni di alta pressione, è necessario tenerne conto per garantire la corretta progettazione e funzionalità del sistema.
Ad esempio, le prestazioni delle apparecchiature idrauliche a pressione molto elevata possono essere ridotte se il modulo di massa del fluido idraulico non viene preso in considerazione nella progettazione del sistema. Ciò è dovuto al fatto che un po 'di energia viene spesa nel comprimere il fluido idraulico anziché andare direttamente verso il lavoro svolto dall'attrezzatura. Il fluido nel sistema deve essere compresso fino al punto in cui resiste ad ulteriore compressione prima che l'attrezzatura e il carico vengano azionati. La diversione di energia dal compito principale può influire sulla posizione dell'apparecchiatura, sulla potenza disponibile per la funzione prevista, sui tempi di risposta e così via.
Il modulo di massa è meno spesso una caratteristica di interesse rispetto ai solidi poiché in genere sono estremamente difficili da comprimere, ma è rilevante in alcune circostanze. La velocità con cui il suono viaggia attraverso un solido dipende in parte dal modulo di massa del materiale. La quantità di energia che può essere immagazzinata in un solido è anche correlata a questa proprietà, quindi è rilevante per lo studio dei terremoti e delle onde sismiche.
Come funzione matematica, questa proprietà materiale è espressa come rapporto tra la pressione applicata e la variazione di volume della sostanza per unità di volume. Ciò produce un valore espresso nelle stesse unità utilizzate per esprimere la pressione perché le unità di volume si annullano. In forma grafica, è la pendenza della curva che si forma tracciando le pressioni applicate a un materiale rispetto ai corrispondenti volumi specifici del materiale a quelle pressioni.