体積弾性率とは

材料は一般に、表面に外部から圧力がかかると圧縮されます。 所定の圧力下での材料の体積の減少は、材料ごとに大きく異なります。 一般に、ガスは圧力下で最も簡単に圧縮されますが、固体は比較的小さく、非常に困難に圧縮できます。 体積弾性率は、材料の圧縮に対する耐性の程度を示す材料特性です。 また、バルク弾性率、圧縮率などの他の多くの用語で呼ばれることもあります。

それを考える1つの方法は、圧縮率の逆数としてです。 材料の体積弾性率が高いということは、圧縮に対する抵抗が比較的高いことを意味し、圧縮が困難であることを意味します。 低い値は、圧縮に対する抵抗が比較的少ないことを示します。つまり、材料は比較的簡単に圧縮されます。 たとえば、鋼の体積弾性率は空気の体積弾性率よりも数桁大きく、空気圧縮機で比較的簡単に圧縮できます。

材料の体積弾性率の値は、その材料の温度や混合される空気の量などの要因によって異なります。 材料が熱せられると、その体積は一般に膨張し、その結果、圧縮されやすい物理的構造がより開かれます。 材料に閉じ込められた空気は、材料の物理的構造にも影響を与え、それによってその体積弾性率に影響を与えます。

水や油圧作動油などの一部の流体は、非圧縮性流体と呼ばれることもあります。 これは厳密には正確ではありませんが、圧縮率が比較的低いため、一部の工学計算では体積弾性率を無視できます。 ただし、一部の高圧状況などの特定の状況では、適切なシステム設計と機能を確保するためにそれを考慮する必要があります。

たとえば、システム設計で油圧作動油の体積弾性率が考慮されない場合、非常に高い圧力下での油圧機器の性能が低下する可能性があります。 これは、機器が実行する作業に直接向かうのではなく、油圧油を圧縮するのにいくらかのエネルギーが費やされるためです。 システム内の流体は、機器と負荷が作用する前に、それ以上の圧縮に耐えるポイントまで圧縮する必要があります。 主要なタスクからのエネルギーの転換は、機器の位置、意図した機能に使用できる電力、応答時間などに影響する場合があります。

体積弾性率は、通常、圧縮が非常に難しいため、固体に関してはあまり重要ではありませんが、状況によっては関係があります。 音が固体を通過する速度は、部分的に材料の体積弾性率に依存します。 固体に蓄積できるエネルギーの量もこの特性に関連しているため、地震と地震波の研究に関連しています。

数学関数として、この材料特性は、単位体積あたりの物質の体積変化に対する加えられた圧力の比率として表されます。 これにより、体積の単位が相殺されるため、圧力を表すために使用されるのと同じ単位で表される値が得られます。 グラフ形式では、材料に加えられた圧力対それらの圧力での材料の対応する特定の体積をプロットすることにより形成される曲線の勾配です。