Co to jest współczynnik Poissona?

Współczynnik Poissona dotyczy sposobu rozciągania lub ściskania obiektu w jednym kierunku, który powoduje jego ściskanie lub rozciąganie w drugim kierunku. Współczynnik mierzy zakres tego efektu w konkretnej substancji. Może się to znacznie różnić, a stosunek może być nawet ujemny, zwykle w substancjach wytworzonych przez człowieka.

Techniczna definicja współczynnika Poissona to „stosunek odkształcenia poprzecznego do odkształcenia wzdłużnego”. Brzmi to skomplikowanie, ale opisuje dość prosty efekt. Aby to sobie wyobrazić, wyobraź sobie kawałek gumy, taki jak ten używany w gumce. Po rozciągnięciu opaski staje się ona zarówno węższa, jak i dłuższa. Zależność między tymi dwiema zmianami mierzy się współczynnikiem Poissona.

W rzeczywistości współczynnik Poissona obowiązuje w trzech wymiarach. W przykładzie z gumką maleje również grubość rozciągniętego paska - trudniej go dostrzec. Aby zobrazować efekt w trzech wymiarach, wyobraź sobie, że bierzesz zabawkę dla zwierząt w kształcie sześcianu i ściskasz dwie przeciwległe strony. Sześcian skurczy się w kierunku między tymi dwiema stronami, ale rozszerzy się w pozostałych dwóch kierunkach.

W większości przypadków współczynnik Poissona jest dodatni, co oznacza, że ​​materiał rozciąga się w jednym kierunku w większym stopniu niż w innych kierunkach. Istnieje kilka wyjaśnień tego, przy użyciu różnych podejść naukowych. Prostym wyjaśnieniem jest to, że większość materiałów jest bardziej odporna na ściskanie niż na rozciąganie. Bardziej skomplikowanym wyjaśnieniem jest to, że wiązania między atomami w strukturze zostają wyrównane podczas procesu rozciągania i ściskania.

W większości przypadków współczynnik Poissona materiału będzie wynosił od 0 do 0,5. Wśród popularnych materiałów guma ma współczynnik Poissona bardzo zbliżony do 0,5, podczas gdy stal ma współczynnik 0,3, a korek jest znacznie bliższy 0. To dlatego korki do wina są wykonane z korka: może wytrzymać nacisk szyjki butelki bez rozciąganie w pionie i zacinanie się w miejscu.

Możliwe jest uzyskanie ujemnego współczynnika Poissona. Materiały wykazujące tę jakość są znane jako auksetyki. Przy takich materiałach rozciąganie ich w jednym kierunku spowoduje ich rozszerzenie w innych kierunkach. Podejrzewa się, że żywa tkanka kostna jest auksetykiem, choć trudno to udowodnić. Istnieje również kilka sztucznych substancji pomocniczych, w szczególności polimery stosowane w wodoodpornej odzieży Gore-Tex.

Współczynnik Poissona jest stosowany w bardziej skomplikowany sposób w kilku dziedzinach nauki. Kiedy zginasz obiekt w jednym kierunku, współczynnik Poissona wpływa na sposób, w jaki obiekt wygina się w kierunku prostopadłym. Współczynnik wpływa również na sposób przemieszczania się fal stresu przez substancje takie jak skała, co oznacza, że ​​ma on pewne ważne zastosowania w geologii.