Qual è il modulo di Young?
Il modulo di Young è una misura di quanto sia difficile comprimere un materiale, come l'acciaio. Misura la pressione ed è in genere calcolato in termini di pascal (Pa). È più comunemente usato dai fisici per determinare la tensione, una misura di come un materiale, risponde a una pressione, come essere schiacciato o allungato.
Le forze interatomiche o le forze che tengono insieme un materiale sono fortemente associate alla comprensione del modulo di Young. Gli atomi in un solido esercitano forze repulsive, o negative, e attraenti o positive, l'una sull'altra. Le forze create dagli atomi raggiungono un equilibrio solo quando sono perfettamente separate. Ad esempio, se gli atomi sono spinti troppo vicini tra loro o se sono separati troppo distanti, gli atomi non saranno più in perfetto equilibrio. Una volta che non saranno più in equilibrio, si opporranno all'azione che viene loro applicata.
Più rigide sono le forze interatomiche, maggiore sarà il valore del modulo di Young e più il materiale si opporrà all'azione. Ad esempio, se le forze interatomiche sono rigide, il modulo di Young sarà grande e il materiale non si ridurrà tanto quando viene schiacciato.
Quando studia la fisica dell'acciaio, uno scienziato deve prima ricordare che l'acciaio è costituito principalmente da atomi di ferro. Di conseguenza, il modulo d'acciaio di Young è approssimativamente uguale al modulo di ferro di Young. Poiché il modulo di ferro di Young è 195.000.000.000 di pa o 195 gigapascal (GPa), è considerato molto grande e molto difficile da comprimere.
Comprendere che l'acciaio è estremamente difficile da comprimere è importante nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, può essere utilizzato per costruire edifici e non comprimersi, rovinando l'integrità della struttura dell'edificio. Un cubo di acciaio che è solo 1 metro (3,28 piedi) di larghezza, altezza e profondità, comprimerebbe solo circa un micron pur sostenendo il peso di uno scuolabus, a causa della quantità di pressione che può sopportare. In confronto, un cubo che ha le stesse dimensioni ed è fatto di piombo ha un valore inferiore per il modulo di Young. Il cubo di piombo comprimerebbe 14 volte di più rispetto al cubo di acciaio.
Il modulo di Young può anche essere usato nella tensione di calcolo, in cui gli atomi vengono separati anziché stretti insieme. In questi casi, la tensione è negativa perché gli atomi sono allungati anziché compressi. Il concetto principale che dovrebbe essere compreso è che in entrambi i casi è la rigidità delle forze tra gli atomi che viene misurata, sia che vengano compresse o allungate. Di conseguenza, la pressione calcolata per il modulo di Young non cambia per nessuno dei due tipi di misurazione.