Der Elastizitätsmodul ist ein Maß dafür, wie schwer es ist, ein Material wie Stahl zu komprimieren. Er misst den Druck und wird normalerweise in Pascal (Pa) berechnet. Es wird am häufigsten von Physikern verwendet, um die Dehnung zu bestimmen, ein Maß dafür, wie ein Material auf einen Druck reagiert, z. B. wenn es gequetscht oder gedehnt wird.
Interatomare Kräfte oder die Kräfte, die ein Material zusammenhalten, sind stark mit dem Verständnis dieser Messung verbunden. Die Atome in einem Festkörper üben sowohl abstoßende oder negative als auch anziehende oder positive Kräfte aufeinander aus. Die Kräfte, die die Atome erzeugen, erreichen nur dann ein Gleichgewicht, wenn sie perfekt getrennt sind. Wenn die Atome beispielsweise zu eng zusammengeschoben oder zu weit voneinander getrennt sind, befinden sich die Atome nicht mehr im perfekten Gleichgewicht. Sobald sie nicht mehr im Gleichgewicht sind, widersetzen sie sich der Aktion, die auf sie angewendet wird.
Je steifer die interatomaren Kräfte sind, desto größer ist der Wert des Young-Moduls und desto mehr widersetzt sich das Material der Wirkung. Wenn beispielsweise die interatomaren Kräfte steif sind, ist dieses Maß groß und das Material schrumpft beim Zusammendrücken nicht so stark.
Beim Studium der Stahlphysik muss sich ein Wissenschaftler zunächst daran erinnern, dass Stahl hauptsächlich aus Eisenatomen besteht. Folglich ist der Young-Modul von Stahl ungefähr derselbe wie der Young-Modul von Eisen. Da der Elastizitätsmodul von Eisen 195,000,000,000 195 XNUMX XNUMX Pa oder XNUMX Gigapascal (GPa) beträgt, wird er als sehr groß und sehr schwer zu komprimieren angesehen.
Im Alltag ist es wichtig zu verstehen, dass Stahl extrem schwer zu komprimieren ist. Es kann zum Beispiel verwendet werden, um Gebäude zu konstruieren und nicht komprimiert zu werden, was die Integrität der Gebäudestruktur ruiniert. Ein Stahlwürfel, der nur 1 Meter breit, hoch und tief ist, würde nur etwa einen Mikrometer zusammendrücken, während er das Gewicht eines Schulbusses trägt, da er dem Druck standhalten kann. Im Vergleich dazu hat ein Würfel mit gleichen Abmessungen und aus Blei einen niedrigeren Wert für den Elastizitätsmodul. Der Bleiwürfel würde 3.28-mal stärker komprimiert als der Stahlwürfel.
Der Elastizitätsmodul kann auch zur Berechnung der Spannung verwendet werden, bei der die Atome auseinander gezogen werden, anstatt sie zusammenzudrücken. In diesen Fällen ist die Dehnung negativ, weil die Atome gestreckt statt gestaucht werden. Das Hauptkonzept, das verstanden werden sollte, ist, dass in beiden Fällen die Steifigkeit der Kräfte zwischen den Atomen gemessen wird – egal ob sie komprimiert oder gedehnt werden. Folglich ändert sich der für den Young-Modul berechnete Druck bei keiner der Arten von Messungen.