Il modulo di Young è una misura di quanto sia difficile comprimere un materiale, come l’acciaio. Misura la pressione ed è tipicamente calcolato in termini di pascal (Pa). È più comunemente usato dai fisici per determinare la deformazione, una misura di come un materiale risponde a una pressione, come essere schiacciato o allungato.
Le forze interatomiche o le forze che tengono insieme un materiale sono fortemente associate alla comprensione di questa misurazione. Gli atomi in un solido esercitano reciprocamente forze repulsive, o negative, e attrattive, o positive. Le forze create dagli atomi raggiungono un equilibrio solo quando sono perfettamente separati. Ad esempio, se gli atomi vengono spinti troppo vicini l’uno all’altro o se sono separati troppo distanti, gli atomi non saranno più in perfetto equilibrio. Una volta che non sono più in equilibrio, si opporranno all’azione che viene loro applicata.
Più rigide sono le forze interatomiche, maggiore sarà il valore del modulo di Young e più il materiale si opporrà all’azione. Ad esempio, se le forze interatomiche sono rigide, questa misurazione sarà grande e il materiale non si restringerà tanto quando viene schiacciato.
Quando studia la fisica dell’acciaio, uno scienziato deve prima ricordare che l’acciaio è composto principalmente da atomi di ferro. Di conseguenza, il modulo di Young dell’acciaio è approssimativamente lo stesso del modulo di Young del ferro. Poiché il modulo di Young del ferro è 195,000,000,000 Pa o 195 gigapascal (GPa), è considerato molto grande e molto difficile da comprimere.
Capire che l’acciaio è estremamente difficile da comprimere è importante nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, può essere utilizzato per costruire edifici e non comprimersi, rovinando l’integrità della struttura dell’edificio. Un cubo di acciaio che misura solo 1 metro (3.28 piedi) di larghezza, altezza e profondità, si comprimerebbe solo di circa un micron sostenendo il peso di uno scuolabus, a causa della quantità di pressione che può sopportare. In confronto, un cubo che è composto dalle stesse dimensioni ed è fatto di piombo ha un valore inferiore per il modulo di Young. Il cubo di piombo si comprimerebbe 14 volte di più del cubo d’acciaio.
Il modulo di Young può essere utilizzato anche nel calcolo della tensione, in cui gli atomi vengono separati invece di schiacciati insieme. In questi casi, la deformazione è negativa perché gli atomi vengono allungati anziché compressi. Il concetto principale che dovrebbe essere compreso è che in entrambi i casi è la rigidità delle forze tra gli atomi che viene misurata, indipendentemente dal fatto che vengano compressi o allungati. Di conseguenza, la pressione calcolata per il modulo di Young non cambia per nessuno dei due tipi di misurazione.