O que é o módulo em massa?

Os materiais geralmente podem ser comprimidos quando submetidos a pressões externas aplicadas sobre suas superfícies. A redução no volume de um material sob uma dada pressão varia muito de material para material. Os gases são geralmente mais facilmente comprimidos sob pressão, enquanto os sólidos podem ser comprimidos relativamente pouco e com grande dificuldade. O módulo a granel é uma propriedade do material que indica o grau de resistência de um material à compressão. Também pode ser referido por vários outros termos, como o módulo de elasticidade em massa, o módulo de compressão e outros.

Uma maneira de pensar nisso é como o recíproco da compressibilidade. O alto módulo a granel para um material indica uma resistência relativamente alta à compressão, o que significa que é difícil comprimir. Um valor baixo indica relativamente pouca resistência à compressão, o que significa que o material é relativamente facilmente compactado. Por exemplo, o módulo a granel de aço é várias ordens de magnitude maior que o do ar, que pode ser comprimido com relativa facilidade com um compressor de ar.

Os valores do módulo a granel de um material variam dependendo de fatores como a temperatura desse material ou a quantidade de ar que é misturada a ele. À medida que o material aquece, seu volume geralmente se expande, resultando em uma estrutura física mais aberta e mais fácil de compactar. O ar aprisionado em um material também afeta a estrutura física de um material, afetando, assim, seu módulo a granel.

Alguns fluidos, como água ou fluido hidráulico, às vezes são chamados de fluidos incompressíveis. Isso não é estritamente preciso, mas como suas compressibilidades são relativamente baixas, o módulo em massa pode ser ignorado em alguns cálculos de engenharia. Sob certas circunstâncias, no entanto, como em algumas situações de alta pressão, isso deve ser levado em consideração para garantir o design e a função adequados do sistema.

Por exemplo, o desempenho do equipamento hidráulico sob pressão muito alta pode ser prejudicado se o módulo a granel do fluido hidráulico não for levado em consideração no projeto do sistema. Isso ocorre porque alguma energia é gasta na compressão do fluido hidráulico, em vez de ir diretamente para o trabalho que o equipamento executa. O fluido no sistema deve ser comprimido até o ponto em que resiste à compressão adicional antes que o equipamento e a carga sejam acionados. O desvio de energia da tarefa principal pode afetar a posição do equipamento, a potência disponível para a função pretendida, o tempo de resposta e assim por diante.

O módulo a granel é menos frequentemente uma característica de interesse em relação aos sólidos, uma vez que geralmente são extremamente difíceis de compactar, mas é relevante em algumas circunstâncias. A velocidade com que o som viaja através de um sólido depende, em parte, do módulo a granel do material. A quantidade de energia que pode ser armazenada em um sólido também está relacionada a essa propriedade, sendo relevante para o estudo de terremotos e ondas sísmicas.

Como função matemática, essa propriedade do material é expressa como a razão da pressão aplicada para a variação no volume da substância por unidade de volume. Isso gera um valor expresso nas mesmas unidades usadas para expressar pressão, porque as unidades de volume são canceladas. Em forma gráfica, é a inclinação da curva formada pelo gráfico das pressões aplicadas a um material versus os volumes específicos correspondentes do material nessas pressões.