Što je Bulk Modulus?

Materijali se općenito mogu komprimirati kada su izloženi vanjskim pritiscima koji se primjenjuju na njihove površine. Smanjenje volumena materijala pod određenim tlakom uvelike varira od materijala do materijala. Plinovi se općenito najlakše komprimiraju pod tlakom dok se krute tvari mogu komprimirati relativno malo i s velikim poteškoćama. Modul volumena je svojstvo materijala koje pokazuje stupanj otpornosti materijala na kompresiju. Također se može nazvati brojnim drugim pojmovima kao što su modul elastičnosti, modul kompresije i drugi.

Jedan od načina da se o tome razmišlja je kao recipročna vrijednost kompresibilnosti. Visok modul zapremine za materijal ukazuje na relativno visoku otpornost na kompresiju, što znači da je teško stisnuti. Niska vrijednost ukazuje na relativno malu otpornost na kompresiju, što znači da se materijal relativno lako sabija. Na primjer, volumenski modul čelika je nekoliko redova veličine veći od modula zraka, koji se relativno lako može komprimirati zračnim kompresorom.

Vrijednosti modula zapremine materijala variraju ovisno o čimbenicima kao što su temperatura tog materijala ili količina zraka koja se u njega miješa. Kako se materijal zagrijava, njegov volumen će se općenito proširiti, što će rezultirati otvorenijom fizičkom strukturom koju je lakše komprimirati. Zrak zarobljen u materijalu također utječe na fizičku strukturu materijala čime utječe na njegov volumenski modul.

Neke tekućine, poput vode ili hidrauličke tekućine, ponekad se slučajno nazivaju nestlačivim tekućinama. Ovo nije striktno točno, ali budući da je njihova kompresibilnost relativno niska, modul bulk se može zanemariti u nekim inženjerskim izračunima. Međutim, u određenim okolnostima, kao što je u nekim situacijama visokog tlaka, to se mora uzeti u obzir kako bi se osigurao pravilan dizajn i funkcija sustava.

Na primjer, izvedba hidrauličke opreme pod vrlo visokim tlakom može se pogoršati ako se modul zapremine hidrauličke tekućine ne uzme u obzir u dizajnu sustava. To je zato što se dio energije troši na komprimiranje hidrauličke tekućine umjesto da ide izravno prema radu koji oprema obavlja. Tekućina u sustavu mora biti komprimirana do točke u kojoj se odupire daljnjoj kompresiji prije nego što oprema i opterećenje budu djelovali. Preusmjeravanje energije od primarnog zadatka može utjecati na položaj opreme, snagu koju ima na raspolaganju za namjeravanu funkciju, vrijeme odziva itd.

Modul volumena je rjeđe zanimljiva karakteristika u odnosu na krute tvari jer ih je obično iznimno teško komprimirati, ali je relevantan u nekim okolnostima. Brzina kojom zvuk putuje kroz kruto tijelo dijelom ovisi o modulu mase materijala. Količina energije koja se može pohraniti u čvrstom tijelu također je povezana s ovim svojstvom pa je relevantna za proučavanje potresa i seizmičkih valova.
Kao matematička funkcija, ovo svojstvo materijala izražava se kao omjer primijenjenog tlaka i promjene volumena tvari po jedinici volumena. To daje vrijednost izraženu u istim jedinicama koje se koriste za izražavanje tlaka jer se jedinice volumena poništavaju. U grafičkom obliku, to je nagib krivulje formiran crtanjem tlakova primijenjenih na materijal naspram odgovarajućih specifičnih volumena materijala pri tim tlakovima.