Propiedades Elásticas de Volúmenes

Las propiedades elásticas del volúmen de un material, determina cuanto se comprimirá, bajo una determinada cantidad de presión externa. La proporción entre el cambio de presión y la compresión de volúmen fraccional, se llama módulo de compresibilidad del material (en inglés módulo de bulk).

Un valor representativo para el módulo de compresibilidad del acero es Bacero = 160 x 109 n/m2 y para el agua es Bagua = 2.2 x 109 n/m2 El recíproco del módulo de compresibilidad se llama compresibilidad de la substancia. La cantidad de compresión de sólidos y líquidos se ha visto que es muy pequeña.

El módulo de compresibilidad de un sólido influye sobre la velocidad del sonido y otras ondas mecánicas en el material. También es un factor de la cantidad de energía almacenada en el material sólido de la corteza de la Tierra. Esta acumulación de energía elástica se puede liberar violentamente durante un terremoto, de modo que el conocimiento del módulo de compresibilidad de los materiales que forman la corteza terrestre, es una parte importante en el estudio de los terremotos. El módulo de compresibilidad, es un factor en la velocidad de las ondas sísmicas de los terremotos.

Un dicho común es que el agua es un fluido incompresible. Esto No es estrictamente cierto, como lo indica su módulo de compresibilidad finito, pero la cantidad de compresión es muy pequeña. En el fondo del océano Pacífico, a una profundidad de 4000 metros, la presión es sobre unos 4 x 10⁷ N/m². Aún con esta presión, la compresión de volúmen fracional es solamente sobre 1,8% y esa presión para el acero es solo sobre 0,025%. Por lo tanto, es justo decir que el agua es casi incompresible.

Referencia: Halliday, Resnick, Walker, 5ª Ed. Extendida.

John Hermance señala que para una imagen más precisa de la compresibilidad del agua, se debe tener en cuenta la temperatura. La razón por la que se puede citar la compresión del 1,8% de arriba es que la compresibilidad del agua a 20°C en la superficie es aproximadamente la misma que la compresibilidad a 4000m de profundidad si la temperatura en el fondo es de 5°C. La compresibilidad a esa presión y profundidad tiene un valor más alto debido a la temperatura más fría de la que habría tenido a 20° C. Usando los datos detallados de compresibilidad para el agua de la compilación Fine & Millero, se puede ver que si la temperatura de fondo fuera de 5°C, la compresión sería de aproximadamente 1,82%, pero si fuera de 20° C, la cantidad de compresión sería de aproximadamente 1,66 %.

Otra forma de decirlo es que si la temperatura del fondo es de 5°C, la compresibilidad disminuiría solo un 0,9% desde la superficie a la profundidad, mientras que si la temperatura del fondo también fuera de 20°C, la compresibilidad disminuiría en aproximadamente un 9,6%.

El interés de Hermance en este cuadro detallado de compresibilidad proviene de la aplicación a la compresibilidad del agua subterránea en el subsuelo de la Tierra. Este agua subterránea podría estar a una temperatura más alta, y el cambio en la compresibilidad es de considerable importancia para comprender el almacenamiento y la liberación del agua subterránea de las grietas y poros en la roca, así como los efectos de la hidrofractura, los terremotos, etc., en la corteza superior de la Tierra.

Referencia: Fine, R. A. and Millero, F. J., 1973. "Compressibility of water as a function of temperature and pressure", Journal of Chemical Physics 59(10):5529-5536. doi: 10.1063/1.1679903.

Módulo de Young

Para la descripción de las propiedades elásticas de objetos lineales, tales como alambres, varillas, volúmenes, que pueden ser tanto extendidos como comprimidos, un parámetro conveniente es la proporción entre la fuerza y la deformación, parámetro llamado módulo de Young del material. El módulo de Young, puede usarse para predecir el estiramiento o la compresión de un objeto, siempre que la fuerza no sobrepase el límite elástico del material.