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. También es un factor que influye en la cantidad de energía almacenada en el material sólido de la corteza terrestre. Esta acumulación de energía elástica puede liberarse violentamente en un terremoto, por lo que conocer los módulos aparentes de los materiales de la corteza terrestre es una parte importante del estudio de los terremotos. El módulo de masa es un factor que influye en la velocidad de las ondas sísmicas de los terremotos.

Una afirmación común es que el agua es un fluido incompresible. Esto no es estrictamente cierto, como indica su módulo aparente finito, pero la cantidad de compresión es muy pequeña. En el fondo del Océano Pacífico, a una profundidad de unos 4.000 metros, la presión es de unos 4 x 107 N/m2. Incluso bajo esta enorme presión, la compresión volumétrica fraccional es sólo del 1,8% y la del acero sería sólo del 0,025%. Por lo tanto, es justo decir que el agua es casi incompresible. Referencia: Halliday, Resnick, Walker, 5ª Ed. Extended.

John Hermance señala que para obtener una imagen más precisa de la compresibilidad del agua, hay que tener en cuenta la temperatura. La razón por la que se puede citar la compresión del 1,8% arriba es que la compresibilidad del agua a 20°C en la superficie es aproximadamente la misma que la compresibilidad a 4000m de profundidad si la temperatura en el fondo es de 5°C. La compresibilidad a esa presión y profundidad tiene un valor más alto debido a la temperatura más fría que habría tenido a 20°C. Utilizando los datos detallados de compresibilidad del agua de la compilación Fine & Millero, se puede ver que si la temperatura del fondo fuera de 5°C la compresión sería de aproximadamente 1,82%, pero si fuera de 20°C la cantidad de compresión sería de aproximadamente 1,66%.

Otra forma de decirlo es que si la temperatura del fondo es de 5°C la compresibilidad disminuiría sólo un 0,9% desde la superficie hasta la profundidad, mientras que si la temperatura del fondo fuera también de 20°C, la compresibilidad disminuiría aproximadamente un 9,6%.

El interés de Hermance en este cuadro detallado de la compresibilidad proviene de la aplicación a la compresibilidad del agua subterránea en el subsuelo de la Tierra. Esta agua subterránea podría estar a una temperatura más alta, y el cambio en la compresibilidad tiene una importancia considerable en la comprensión del almacenamiento y la liberación del agua subterránea de las grietas y los poros de la roca, así como los efectos de la hidrofractura, los terremotos, etc., en la corteza superior de la Tierra.