O que é o módulo de Young?
O módulo de Young é uma medida de quão difícil é comprimir um material, como o aço. Ele mede a pressão e é tipicamente calculado em termos de pascal (Pa). É mais comumente usado pelos físicos para determinar a tensão, uma medida de como um material responde a uma pressão, como ser espremido ou esticado.
As forças interatômicas ou as forças que mantêm um material unido estão fortemente associadas à compreensão do módulo de Young. Os átomos em um sólido exercem forças repulsivas ou negativas e atraentes ou positivas uma sobre a outra. As forças que os átomos criam apenas atingem um equilíbrio quando estão perfeitamente separadas. Por exemplo, se os átomos forem pressionados muito próximos ou separados muito, os átomos não estarão mais em perfeito equilíbrio. Quando não estiverem mais em equilíbrio, eles se oporão à ação que está sendo aplicada a eles.
As forças interatômicas mais rígidas são, maior será o valor do módulo de Young e mais o material se oporá à ação. Por exemplo, se as forças interatômicas são rígidas, o módulo de Young será grande e o material não encolherá tanto quando for espremido.
Ao estudar a física do aço, um cientista deve primeiro lembrar que o aço é composto principalmente de átomos de ferro. Consequentemente, o módulo de aço de Young é aproximadamente o mesmo que o módulo de ferro de Young. Como o módulo de ferro de Young é de 195.000.000.000 Pa ou 195 gigapascals (GPa), ele é considerado muito grande e muito difícil de compactar.
Compreender que o aço é extremamente difícil de comprimir é importante na vida cotidiana. Por exemplo, ele pode ser usado para construir edifícios e não se compactar, arruinando a integridade da estrutura do edifício. Um cubo de aço com apenas 1 metro (3,28 pés) de largura, altura e profundidade só comprimiria cerca de um mícron enquanto suportaria o peso de um ônibus escolar, devido à quantidade de pressão que ele pode suportar. Em comparação, um cubo composto pelas mesmas dimensões e feito de chumbo tem um valor menor para o módulo de Young. O cubo de chumbo comprimiria 14 vezes mais que o cubo de aço.
O módulo de Young também pode ser usado para calcular a tensão, onde os átomos são separados em vez de espremidos. Nesses casos, a tensão é negativa porque os átomos são esticados em vez de compactados. O principal conceito que deve ser entendido é que, em ambos os casos, é que a rigidez das forças entre os átomos que estão sendo medidos - estejam eles sendo comprimidos ou esticados. Consequentemente, a pressão calculada para o módulo de Young não muda para nenhum tipo de medição.