Vad är Poissons förhållande?

Poissons förhållande handlar om hur man sträcker eller komprimerar ett objekt i en riktning får det att komprimera eller sträcka sig i den andra riktningen. Förhållandet mäter omfattningen av denna effekt i ett visst ämne. Detta kan variera avsevärt, och förhållandet kan till och med vara negativt, vanligtvis i konstgjorda ämnen.

Den tekniska definitionen av Poissons förhållande är ”förhållandet mellan tvärgående sammandragningsstam och längsgående expansionsstam.” Detta låter komplicerat, men beskriver en ganska enkel effekt. Föreställ dig det, tänk dig ett gummi, som det som används i ett gummiband. När du sträcker bandet blir det både smalare och längre. Förhållandet mellan dessa två förändringar är vad som mäts av Poissons förhållande.

I själva verket gäller Poissons förhållande i tre dimensioner. I gummibandsexemplet minskar också det sträckta bandets tjocklek - det är bara svårare att se. För att föreställa effekten i tre dimensioner, föreställ dig att ta en husdjurleksak i form av en kub och pressa två motsatta sidor. Kuben kommer att få kontrakt i riktningen mellan dessa två sidor, men kommer att expandera i de andra två riktningarna.

I de flesta fall är Poissons förhållande positivt, vilket innebär att ett material sträcker sig i en riktning i högre grad än det drar sig i andra riktningar. Det finns ett par förklaringar till detta med olika vetenskapliga metoder. En enkel förklaring är att de flesta material har bättre förmåga att motstå kompressionen än att motstå sträckningen. En mer komplicerad förklaring är att bindningarna mellan atomerna i strukturen omjusteras under processen med sträckning och komprimering.

I de flesta fall ligger ett materials Poisson-förhållande mellan 0 och 0,5. Bland vanliga material har gummi ett Poisson-förhållande mycket nära 0,5, medan stål har en av 0,3 och kork är mycket närmare 0. Det är därför vinkorkar är tillverkade av kork: det kan motstå trycket från flaskans hals utan sträcker sig vertikalt och fastnar på plats.

Det är möjligt att ha ett negativt Poisson-förhållande. Material som visar denna kvalitet kallas auxetics. Med sådana material kommer att sträcka dem i en riktning faktiskt få dem att expandera i andra riktningar. Man misstänker att levande benvävnad är en hjälpmedel, men detta är svårt att bevisa. Det finns också flera konstgjorda auxetiska ämnen, särskilt de polymerer som används i Gore-Tex vattentäta kläder.

Poissons förhållande används på mer komplicerade sätt inom flera vetenskapsområden. När du böjer ett objekt i en riktning påverkar Poissons förhållande hur objektet böjs i vinkelrätt riktning. Förhållandet påverkar också hur stressvågor reser genom ämnen som berg, vilket betyder att det har vissa viktiga användningsområden inom geologi.