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. Den är också en faktor för hur mycket energi som lagras i fast material i jordskorpan. Denna uppbyggnad av elastisk energi kan frigöras våldsamt i en jordbävning, så att känna till bulkmodulerna för jordskorpans material är en viktig del av studiet av jordbävningar. Bulkmodulen är en faktor som påverkar hastigheten på de seismiska vågorna från jordbävningar.

Ett vanligt påstående är att vatten är en inkompressibel vätska. Detta är inte strikt sant, vilket framgår av dess ändliga bulkmodul, men mängden kompression är mycket liten. På Stilla havets botten på cirka 4 000 meters djup är trycket cirka 4 x 107 N/m2. Även under detta enorma tryck är den fraktionella volymkompressionen endast ca 1,8 % och för stål endast ca 0,025 %. Man kan alltså säga att vatten är nästan inkompressibelt. Referens: Halliday, Resnick, Walker, 5th Ed. Extended.

John Hermance påpekar att för att få en mer korrekt bild av vattnets kompressibilitet bör man ta hänsyn till temperaturen. Anledningen till att 1,8 % kompression kan citeras ovan är att vattnets kompressibilitet vid 20 °C vid ytan är ungefär densamma som kompressibiliteten på 4 000 meters djup om temperaturen vid botten är 5 °C. Kompressibiliteten vid detta tryck och djup har ett högre värde på grund av den kallare temperaturen än vad den skulle ha haft vid 20 °C. Med hjälp av de detaljerade kompressibilitetsdata för vatten från Fine & Milleros sammanställning kan man se att om bottentemperaturen var 5°C skulle kompressionen vara cirka 1,82 %, men om den var 20°C skulle kompressionen vara cirka 1,66 %.

Ett annat sätt att uttrycka det på är att om bottentemperaturen är 5°C skulle kompressibiliteten minska med endast 0,9 % från ytan till djupet, medan om bottentemperaturen också var 20°C skulle kompressibiliteten minska med cirka 9,6 %.

Hermances intresse för denna detaljerade kompressibilitetsbild kommer från tillämpningen på kompressibiliteten hos grundvatten i jordens underliggande lager. Detta grundvatten kan ha en högre temperatur, och förändringen av kompressibiliteten är av stor betydelse för förståelsen av lagring och frigörande av grundvatten från sprickor och porer i berget, liksom effekterna av hydrofrakturering, jordbävningar osv. i jordens övre skorpa.