La literatura da muchas explicaciones de por qué el caucho es incompresible. Sin embargo, todavía necesito pensar un poco para comprender el comportamiento físico del caucho o cualquier material similar.
A menudo, la incompresibilidad está ligada a la relación de Veneno ( ) -> 0.5. En la relación de Poisson ->0.5, relación de módulo volumétrico ( ) al módulo de corte ( ), que se puede dar a continuación, tiende a infinito.
Sin embargo, siento que esto es solo matemáticas. Pienso lo siguiente: si tomamos agua en un cilindro y la comprimimos con un pistón (suponiendo que no haya espacio para 'filtrar' agua), ¿se comprimirá el agua? Leí que el agua es incompresible. Ahora, si tomo caucho en su lugar, ¿se comprimirá el caucho? ¿O con la propiedad mágica de la incompresibilidad, el caucho se volverá tan rígido que incluso si aplico toneladas de fuerza al pistón, el caucho en el cilindro no cambiará su volumen?
Agradecería información sobre esto. Gracias.
Nada es incompresible, pero la mayoría de los líquidos y sólidos tienen una compresibilidad muy baja, es decir, un módulo volumétrico muy alto.
La razón de esto es que en líquidos y sólidos los átomos/moléculas están en contacto entre sí. Para apretarlos más juntos necesitas deformar los enlaces en las moléculas y/o la distribución de electrones alrededor de los átomos. Ambos procesos requieren mucha energía, por lo que la fuerza requerida es alta.
Estoy usando una definición bastante vaga de en contacto aquí. Los átomos y las moléculas no tienen bordes afilados, son objetos borrosos donde la densidad de electrones cae continuamente con la distancia. Sin embargo, habrá una distancia de equilibrio en la que la atracción debida a las fuerzas dipolares o de Van der Waals se equilibre con la repulsión debida a la superposición de las nubes de electrones. Está tratando de empujar los átomos más cerca que esta distancia de equilibrio que requiere mucha energía y, por lo tanto, requiere mucha fuerza.
De http://imecanica.org/node/10589 - tiene sentido para mí.
por Zhigang Suo el martes 19 de julio de 2011 a las 07:02.
Una goma es una red de cadenas poliméricas. Cada cadena polimérica consta de muchos monómeros. Las cadenas poliméricas están reticuladas por enlaces covalentes. Los enlaces covalentes dan el comportamiento sólido del caucho. Si se eliminan estos enlaces cruzados, el caucho se convierte en un polímero fundido y es líquido.
Así, un caucho es muy similar a un líquido a nivel de monómeros. Como un líquido, los polímeros están densamente empaquetados, por lo que es difícil cambiar el volumen del caucho. También como un líquido, los polímeros pueden moverse entre sí, por lo que el caucho es fácil de cambiar de forma.
Dada esta imagen molecular, está claro que el caucho es mucho más fácil de cambiar de forma que de volumen. El módulo de corte es mucho más pequeño que el módulo de volumen. En el modelado, a menudo descuidamos el cambio de volumen y nos enfocamos en el cambio de forma. Es decir, suponemos que el caucho es incompresible.
Esta idealización de la incompresibilidad no siempre es adecuada. Por ejemplo, un material incompresible no soportará ondas longitudinales. Pero sabemos que el caucho puede soportar ondas longitudinales. La velocidad de la onda longitudinal es mucho mayor que la velocidad de la onda transversal.
Uno no tiene que entrar en detalles finos para responder a su pregunta.
Claro, cuando las presiones son muy altas, nada es completamente incompresible. Ni agua ni goma.
Si pones agua en un pistón, una presión razonable dará una compresión insignificante.
Será lo mismo con la goma, porque en un pistón, su sección es fija (supongo que la forma de la goma encaja exactamente con la del pistón) y reducir su longitud reduciría su volumen y la goma es muy difícil de comprimir, como agua. No tiene nada que ver con la elasticidad: la goma del cilindro es simplemente goma normal.
¿Dónde entra la elasticidad? Cuando liberas los lados de tu goma.
Tome un cilindro horizontal hecho de goma (con una altura pequeña en comparación con su radio, de lo contrario se doblará y estropeará la demostración) y empújelo desde la parte superior. ¡ En esta situación encontrará que puede reducir fácilmente su altura! ¡Es elástico!
Pero, ¿y el volumen? Dado que deja libres los lados de su cilindro, sin nada que evite que se extienda, bueno, se extenderá . Por cuanto ? Bueno, el aumento lineal del radio será igual a la disminución vertical multiplicada por la relación de Poisson. ! Por lo tanto, el aumento del área será el doble.
Y la disminución de volumen será proporcional a ( ) la disminución vertical.
Para ser perfectamente incompresible , el caucho solo necesitaría una relación de Poisson de 1/2. De hecho, no es exactamente 1/2, pero ves por qué una sustancia elástica puede responder fácilmente a una presión unidimensional , si está lo suficientemente cerca de 1/2, extendiéndose en las otras dos direcciones, siendo casi incompresible, si su extensión en las otras dos direcciones está "bloqueada".
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