今日は、物理学の興味深いトピック、つまり体積弾性係数について見ていきます。体積弾性率は、任意の材料の体積ひずみに対する体積応力の比率として定義されます。簡単に言えば、体積弾性率は、加圧下の固体または流体の弾性特性を決定および記述するために使用される数値定数にすぎません。
バルクの弾性率
材料の体積弾性率特性は、その弾性挙動に依存します。これは、固体の機械的特性の尺度の 1 つです。他の同様の弾性率は、ヤング率とせん断率です。いずれの場合も、材料のバルク弾性特性を使用して、特定の外圧下でどれだけ圧縮できるかを決定します。圧力変化と部分体積圧縮の関係を見つけることは非常に重要です。
体積弾性率は、単位圧縮単位または表面に沿って均一に作用する引張応力によって生成される物体の体積の相対的な変化です。
体積弾性率は、物質が均一に圧縮されたときの挙動を説明します。表面に垂直な外力が物体の表面全体に均一または均等に分布していることは事実です。これは、オブジェクトが流体に浸され、形状が変化せずに体積が変化した場合にも発生する可能性があります。
体積弾性率の式
体積弾性率の式は次のように与えられます
K=V×ΔP/ΔV
ここで
K =体積弾性率
V =元のボリューム
ΔP=圧力変化
ΔV=体積変化
体積係数 K も次のように与えられます
K=圧力/ひずみ
液体の体積弾性率は、液体の圧縮率を決定するものです。
体積弾性率の単位は Pa または K.Pa と M.Pa で、より大きな単位です。
体積弾性率は K で記号的に表されます。体積弾性率の次元は、単位面積あたりの力です。また、メートル法では N/m2 として表されます。
流体力学における体積係数の式
流体は一般に、流れて環境を満たすように調整されるオブジェクトと見なされます。物理学では、流体の定義はより正確です。
液体と気体は流体の種類です。気体と液体の体積弾性率はここで与えられます。
気体の体積係数
すべての気体には、密度、圧力、温度に関する方程式、つまり状態方程式があります。これは、密度と圧力の間の明確な関係を導き出すのに役立ちます。これらの関係は、検討中のプロセス、つまり、一定のエントロピーを伴う等エントロピーまたは一定の温度を伴う等温に基づいています。
気体の体積弾性率の式は
p/h0 =等温プロセス定数 ————— (1)
p/h0k=等エントロピー過程定数 ————— (2)
ここで、k =一定圧力 cp での比熱と一定体積 cv での熱の比
cp – cv =R
通常時
k=1.4(空中)
式 (1) と (2) を体積弾性係数の式に代入すると、
Ev=p (等温過程)
Ev=kp (等エントロピー過程)
したがって、気体の体積弾性率は圧力に依存または圧力に基づいています
液体の体積弾性率
液体は通常、固体より圧縮されますが、気体より圧縮性は低くなります。
しかし、私たちが最も頻繁に扱う液体は水です (そして水に含まれるもの)。水はあまり圧縮性がなく、実際、流体の運動中、水は非圧縮性と見なされます。
液体の体積弾性率は、相対的な体積変化に対する圧力変化の比率です。
液体の体積弾性率は B で表され、
として与えられます。B =Δp × V/ΔV
ここで、
Δp =圧力変化
ΔV =体積変化
V =元のボリューム
この量は、流体が圧力変化にどのように反応するかを理解するのに役立ちます。また、音などの圧力波が液体を介して移動する容易さを説明するためにも重要です。
液体の体積弾性率の値が大きいほど、体積のわずかな変化を生成するために必要な圧力が高くなります。
水の体積弾性率は 1.96×109 Pa です。これは、多くの固体に比べて非常に小さく、ステンレス鋼の体積弾性率は 160×109 Pa です。
骨の体積弾性率はわずか 15×109 Pa です。
体液
流体は一般に、流れて環境を満たすように調整されるオブジェクトと見なされます。物理学では、流体の定義はより正確です。ここでの流体とは、接線方向のせん断力に耐えることができず、そのせん断力に応じて絶えず形状が変化する任意の材料を指します。
液体は、特定の体積を持ち、特定の形状を持たない流体です。液体は無限に (気体として) 膨張することはなく、液体中の分子間の力によって無限に圧縮されることもありません。
結論
体積弾性率は、単位圧縮単位または表面に沿って均一に作用する引張応力によって生成される物体の体積の相対的な変化です。
体積弾性率の式は次のように与えられます
K=VxΔP/ΔV
体積弾性率 K は次のようにも与えられます
K=圧力/ひずみ
液体の体積弾性率は B で表され、
として与えられます。B =Δp × V/ΔV
気体の体積弾性率の式は
p/h0=等温プロセス定数
p/h0k=等エントロピー プロセス定数
