Bulk Elastic Properties

The bulk elastic properties of a material determine how much it will compress under a given amount of external pressure. The ratio of the change in pressure to the fractional volume compression is called the bulk modulus of the material.

A representative value for the bulk modulus for steel is and that for water is The reciprocal of the bulk modulus is called the compressibility of the substance. The amount of compressionof solids and liquids isseen to be very small.

The bulk modulus of a solid influences the speed of sound and other mechanical waves in the material. É também um fator na quantidade de energia armazenada no material sólido na crosta terrestre. Este acúmulo de energia elástica pode ser liberado violentamente em um terremoto, portanto conhecer o módulo de massa para os materiais da crosta terrestre é uma parte importante do estudo dos terremotos. O módulo bulk modulus é um fator na velocidade das ondas sísmicas dos terremotos.

Uma afirmação comum é que a água é um fluido incompressível. Isto não é estritamente verdade, como indicado pelo seu módulo de volume finito, mas a quantidade de compressão é muito pequena. No fundo do Oceano Pacífico, a uma profundidade de cerca de 4000 metros, a pressão é de cerca de 4 x 107 N/m2. Mesmo sob esta enorme pressão, a compressão de volume fracionário é de apenas cerca de 1,8% e a do aço seria de apenas cerca de 0,025%. Portanto, é justo dizer que a água é quase incompressível. Referência: Halliday, Resnick, Walker, 5ª edição. Extended.

John Hermance aponta que para uma imagem mais precisa da compressibilidade da água, a temperatura deve ser levada em conta. A razão pela qual a compressão de 1,8% pode ser citada acima é que a compressibilidade da água a 20°C na superfície é aproximadamente a mesma que a compressibilidade a 4000m de profundidade se a temperatura no fundo for de 5°C. A compressibilidade a essa pressão e profundidade tem um valor maior devido à temperatura mais fria do que teria a 20°C. Usando os dados detalhados de compressibilidade da água do Fine & Millero compilação, pode-se ver que se a temperatura do fundo fosse 5°C a compressão seria de cerca de 1,82%, mas se fosse 20°C a quantidade de compressão seria de cerca de 1,66%.

Outra forma de afirmar é que se a temperatura inferior é de 5°C a compressibilidade diminuiria apenas 0,9% da superfície para a profundidade, enquanto que se a temperatura inferior fosse também de 20°C, a compressibilidade diminuiria cerca de 9,6%.

O interesse da Hermance neste quadro detalhado de compressibilidade vem da aplicação à compressibilidade das águas subterrâneas na subsuperfície terrestre. Esta água subterrânea poderia estar a uma temperatura mais elevada, e a mudança na compressibilidade é de considerável importância na compreensão do armazenamento e liberação de água subterrânea de fissuras e poros na rocha, assim como os efeitos da hidrofração, terremotos, etc., na crosta superior da Terra.