Stlačení pevného tělesa znamená změnu jeho objemu. Při pokusu o výrazné stlačení pevné látky se však setkáváme s několika základními důvody, které činí tento úkol nemožným.
Za prvé, pevná látka se skládá z atomů, mezi nimiž existují síly interakce. Mezatomová vzdálenost je definována tak, že při pokusu o její snížení dochází k odpuzování atomů od sebe navzájem. To má za následek značnou sílu, která brání dalšímu stlačení pevné látky.
Za druhé, uvnitř pevné látky jsou atomy, které zabírají určitý objem. Významná komprese pevné látky povede ke snížení mezer mezi atomy, což povede k jejich kontaktu a vzniku odpudivé síly. Tímto způsobem budou atomy bránit stlačení pevné látky s rostoucí silou.
Za třetí, vnější podmínky a struktura pevné látky mohou také představovat překážku pro značnou kompresi. Například v krystalové struktuře pevné látky jsou atomy uspořádány v určitém pořadí a jsou vytvořeny speciálními vazbami, které stabilizují strukturu. Pokus o kompresi může tyto vazby narušit a vést k poruše nebo změně struktury pevné látky.
Strukturální omezení
Existuje několik strukturálních omezení, která brání významnému stlačení pevné látky.
| 1. Vzdálenost mezi atomy | Atomy v pevných látkách jsou umístěny v určité vzdálenosti od sebe, která je určena jejich elektronovou strukturou. Stlačení pevné látky vede ke snížení této vzdálenosti, ale nelze to dělat donekonečna, protože v určité vzdálenosti dochází k odpuzování coulombů mezi atomy. |
| 2. Krystalová struktura | Mnoho pevných látek má krystalickou strukturu, která poskytuje určitou uspořádanost uspořádání atomů. Komprese pevné látky může narušit tuto uspořádanost a vést ke změně jejích vlastností. Některé krystalické materiály navíc mohou mít v určitých směrech tuhost, což znemožňuje kompresi v těchto směrech. |
| 3. Vazby mezi atomy | Stlačení pevné látky může způsobit narušení vazeb mezi atomy. Vazby mezi atomy v pevných látkách jsou obecně pevné a vyžadují značné energetické náklady na jejich prasknutí. Při pokusu o stlačení pevné látky je proto nutné překonat tyto energetické bariéry, což činí proces komprese energeticky náročným a náročným. |
| 4. Zákon zachování objemu | Všechny pevné látky podléhají zákonu zachování objemu, podle kterého zůstává objem pevné látky konstantní, když se tlak zvyšuje nebo snižuje. Stlačení pevného tělesa vede ke změně jeho objemu, což vyžaduje další změny vnitřní struktury materiálu. Tyto změny jsou však omezené a nemohou být libovolné. |
Všechna tato strukturální omezení se spojují a zabraňují významnému stlačení pevné látky při zachování její struktury a vlastností v určitém rozsahu.
Síla elektrostatického odpuzování
Atomy a molekuly se skládají z nabitých částic - elektronů a kladných jader. Při pokusu o stlačení pevné látky začnou být tyto nabité částice velmi blízko sebe. V tomto případě se elektrony navzájem odpuzují kvůli jejich stejným nábojům. Také jádra atomů se od sebe začínají odpuzovat kvůli jejich kladnému náboji. Tyto odpudivé síly jsou stále intenzivnější, jak se nabité částice přibližují.
Elektrostatické odpudivé síly brání atomům a molekulám, aby se stlačily co nejblíže k sobě. Vytvářejí účinnou bariéru pro stlačení pevné látky, kterou nelze za normálních podmínek překonat. Právě tyto síly určují hranice meziatomových vzdáleností a vlastnosti pevných látek, jako je jejich objem, hustota a pevnost.
Elektrostatické odpudivé síly tedy hrají důležitou roli při určování struktury a vlastností pevné látky a jsou jedním z hlavních důvodů, proč není možné pevnou látku výrazně stlačit. To vysvětluje, proč je fyzicky nemožné stlačit pevné materiály na nekonečně malé objemy a proč si zachovávají svůj tvar a pevnost v každodenním životě.
Zákon zachování energie
Když je pevná látka stlačena, provede se práce a energie se přemění z mechanické vnější práce na vnitřní energii těla. Zákon zachování energie vyžaduje, aby tato energie byla zachována, a proto je významná komprese pevné látky nemožná.
Velikost kompresní energie je určena silou, se kterou se tělo smršťuje, a cestou, na které se provádí. Pokud kompresní odpor není dostatečně velký, energie bude malá a tělo může být výrazně stlačeno. Zvýšením kompresní síly však také zvýšíme vnitřní energii těla, což způsobí, že se většina energie vrátí zpět a komprese se omezí.
Zákon zachování energie tedy omezuje možnost významné komprese pevné látky, protože energie vynaložená na práci komprese se vrací zpět a neumožňuje tělu do značné míry zmenšit.