Hva er Youngs modul?

Youngs modul er et mål på hvor vanskelig det er å komprimere et materiale, for eksempel stål. Det måler trykk og er vanligvis beregnet i form av pascals (Pa). Det er ofte brukt av fysikere for å bestemme belastning, en måling av hvordan et materiale reagerer på et trykk, for eksempel å bli klemt eller strukket.

Interatomiske krefter eller kreftene som holder et materiale sammen er sterkt forbundet med en forståelse av Youngs modul. Atomene i et fast stoff utøver både frastøtende, eller negative, og attraktive eller positive krefter på hverandre. Kreftene atomene skaper bare en balanse når de er perfekt atskilt. For eksempel, hvis atomene skyves for nær hverandre eller hvis de er skilt for langt fra hverandre, vil atomene ikke lenger være i perfekt balanse. Når de ikke lenger er i balanse, vil de motsette seg handlingen som blir brukt mot dem.

Jo stivere interatomiske krefter er, jo større blir Youngs modulverdi, og jo mer vil materialet motsette seg handlingen. For eksempel, hvis de interatomiske kreftene er stive, vil Youngs modul være stor, og materialet vil ikke krympe like mye når det klemmes.

Når man studerer fysikk av stål, må en forsker først huske at stål først og fremst består av jernatomer. Følgelig er Youngs stålmodul omtrent den samme som Youngs jernmodul. Siden Youngs jernmodul er 195.000.000.000 Pa eller 195 gigapascals (GPa), betraktet den som veldig stor og veldig vanskelig å komprimere.

Det er viktig å forstå at stål er ekstremt vanskelig å komprimere. For eksempel kan den brukes til å konstruere bygninger og ikke bli komprimert, og ødelegge bygningens strukturer. En kube av stål som bare er 1 meter bredde, høyde og dybde, ville bare komprimere omtrent en mikron mens den understøtter vekten til en skolebuss på grunn av mengden trykk den tåler. Til sammenligning har en kube som består av samme dimensjoner og er laget av bly en lavere verdi for Youngs modul. Ledekuben komprimerte 14 ganger mer enn stålkuben.

Youngs modul kan også brukes til beregning av spenning, der atomene trekkes fra hverandre i stedet for å klemmes sammen. I de tilfellene er belastningen negativ fordi atomene er strukket i stedet for komprimert. Hovedbegrepet som bør forstås er at det i begge tilfeller er at stivheten til kreftene mellom atomene som måles - enten de komprimeres eller strekkes. Følgelig endres ikke beregnet trykk for Youngs modul for noen måling.