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. È anche un fattore nella quantità di energia immagazzinata nel materiale solido nella crosta terrestre. Questo accumulo di energia elastica può essere rilasciato violentemente in un terremoto, quindi conoscere i moduli di massa per i materiali della crosta terrestre è una parte importante dello studio dei terremoti. Il modulo di massa è un fattore della velocità delle onde sismiche dei terremoti.

Un’affermazione comune è che l’acqua è un fluido incomprimibile. Questo non è strettamente vero, come indicato dal suo modulo di massa finito, ma la quantità di compressione è molto piccola. Sul fondo dell’Oceano Pacifico ad una profondità di circa 4000 metri, la pressione è di circa 4 x 107 N/m2. Anche sotto questa enorme pressione, la compressione frazionaria di volume è solo circa 1,8% e quella per l’acciaio sarebbe solo circa 0,025%. Quindi è giusto dire che l’acqua è quasi incomprimibile. Riferimento: Halliday, Resnick, Walker, 5° Ed. Extended.

John Hermance sottolinea che per un quadro più accurato della comprimibilità dell’acqua, la temperatura dovrebbe essere presa in considerazione. La ragione per cui la compressione dell’1,8% può essere citata sopra è che la compressibilità dell’acqua a 20°C in superficie è circa la stessa della compressibilità a 4000m di profondità se la temperatura sul fondo è di 5°C. La compressibilità a quella pressione e a quella profondità ha un valore più alto a causa della temperatura più fredda che avrebbe avuto a 20°C. Utilizzando i dati dettagliati di compressibilità dell’acqua della compilazione Fine & Millero, si può vedere che se la temperatura del fondo fosse 5°C la compressione sarebbe di circa 1,82%, ma se fosse 20°C la quantità di compressione sarebbe di circa 1,66%.

Un altro modo per dirlo è che se la temperatura del fondo è di 5°C la compressibilità diminuirebbe solo dello 0,9% dalla superficie alla profondità, mentre se la temperatura del fondo fosse anche 20°C, la compressibilità diminuirebbe di circa il 9,6%.

L’interesse di Hermance per questo quadro dettagliato della compressibilità deriva dall’applicazione alla compressibilità delle acque sotterranee nel sottosuolo della Terra. Queste acque sotterranee potrebbero essere ad una temperatura più alta, e il cambiamento di compressibilità è di notevole importanza nella comprensione dell’immagazzinamento e del rilascio delle acque sotterranee dalle crepe e dai pori della roccia, così come gli effetti delle idrofratture, dei terremoti, ecc. nella crosta superiore della Terra.