O módulo de volume quantifica a força com que um material resiste à compressão uniforme de todos os lados – uma propriedade elástica fundamental usada na ciência dos materiais, geofísica, mecânica dos fluidos e projetos mecânicos. Esta calculadora calcula a partir de uma mudança de pressão e da mudança de volume fracionário resultante, converte livremente em compressibilidade e pode resolver retroativamente a mudança de pressão ou volume quando o módulo de volume já é conhecido.
Como funciona a calculadora de módulo em massa
O módulo de volume é definido como K = -ΔP/(ΔV/V), onde ΔP é um pequeno aumento na pressão aplicada uniformemente à superfície de um material, ΔV é a mudança resultante no volume e V é o volume original. O sinal negativo mantém K positivo, porque o volume diminui (ΔV é negativo) quando a pressão aumenta. Ao contrário do módulo de Young, que descreve a resistência ao alongamento ou compressão ao longo de um eixo, o módulo de volume descreve a resistência à compressão de todas as direções ao mesmo tempo - a propriedade que governa como um objeto submerso ou um fluido pressurizado responde à pressão hidrostática.
Compressibilidade β é simplesmente o inverso do módulo de volume (β = 1/K). É a quantidade mais natural em alguns campos, particularmente dinâmica de fluidos e engenharia de petróleo, onde a resposta do volume fracionário à pressão é a quantidade de interesse direto.
Entradas e o que elas significam
A calculadora recebe três entradas na guia Bulk Modulus: mudança de pressão (ΔP, em pascal), mudança de volume (ΔV, em metros cúbicos, negativo para compressão) e volume original (V, em metros cúbicos). Como o módulo bulk é uma razão, o tamanho absoluto do volume não importa - apenas a variação fracionária ΔV/V - portanto, qualquer unidade consistente funciona desde que ΔV e V compartilhem a mesma unidade. Os valores típicos do módulo de volume abrangem uma faixa enorme: gases próximos à pressão atmosférica geralmente estão bem abaixo de 1 GPa, líquidos como a água ficam em torno de 2,2 GPa e metais como o aço giram em torno de 160 GPa.
Na guia Compressibilidade, a edição do módulo de volume ou do campo de compressibilidade atualiza o outro automaticamente. Na guia Resolver, a escolha de uma variável alvo (módulo de volume, mudança de pressão ou mudança de volume) revela os dois campos necessários para calculá-la.
Limites e casos extremos
Esta calculadora assume uma relação linear e isotrópica entre a pressão e a mudança fracionária de volume, que é precisa para pequenas mudanças de pressão, mas falha em pressões extremas, onde o próprio módulo inicial começa a depender da pressão (comum em geofísica e engenharia de alta pressão). Ele também pressupõe que as condições isotérmicas ou adiabáticas sejam tratadas de forma consistente por qualquer valor de módulo de volume fornecido - os valores publicados para gases, em particular, diferem significativamente entre o módulo de volume isotérmico e adiabático. Uma alteração de volume zero ou não fisicamente pequena fará com que a calculadora sinalize uma entrada ausente/inválida em vez de dividir por zero. Para materiais anisotrópicos (a maioria dos cristais, compósitos e madeira), o módulo de volume é apenas um descritor médio e as constantes elásticas direcionais fornecem uma imagem mais completa.