نسبت پواسون همبستگی بین کرنش جانبی و کرنش محوری است. شکل نشان دهنده منفی نسبت فشار جانبی (یا عرضی) به امتداد محوری است. [1].

ارزش تجلی اثر پواسون، اتفاقی که در آن ماده واکنش فشاری عمود بر نیروی کششی محوری از خود نشان می دهد. بهترین تجسم این پدیده، نوار لاستیکی است. هنگامی که کشیده می شود، مواد نازک تر از حالت شل می شوند.

این پارامتر از نام سیمئون پواسون، ریاضیدان فرانسوی که از نظریه مولکولی برای رسیدن به این شکل استفاده کرد، نامگذاری شده است.

چارچوب نظری پشت این مشخصه به ساختار ماده مربوط می شود. تغییر شکل ناشی از نیروی کشش ممکن است به ترتیب مجدد پیوندهای بین اتم ها نسبت داده شود [2].

نسبت پواسون یک پارامتر بدون بعد است و معمولاً با ν نشان داده می شود. شماره). از آن به عنوان ضریب پواسون نیز یاد می شود.

چگونه اندازه گیری می شود؟

از آنجایی که نسبت پواسون با تغییرات جزئی در کرنش محوری سروکار دارد، برای اندازه گیری آن باید از تجهیزات مناسب استفاده شود. یک دستگاه اندازه‌گیری کرنش، مانند یک اکستنسومتر، مقادیر جزئی تغییر شکل را ثبت می‌کند، که می‌توان مقدار نسبت پواسون ماده را از روی آن محاسبه کرد.

برای شروع اندازه گیری، یک نمونه آزمایشی با طول و عرض از پیش تعیین شده در ابزار اندازه گیری کرنش قرار می گیرد. نیروی کششی با مقدار مشخصی به ماده وارد می شود و تغییرات طول و عرض آن اندازه گیری می شود.

از این داده ها، مقدار کرنش برای هر دو جهت محوری و جانبی با تقسیم تغییر در اندازه گیری بر اندازه گیری اصلی آن محاسبه می شود. سپس نسبت پواسون با گرفتن منفی نسبت کرنش جانبی به کرنش محوری (یا طولی) محاسبه می شود.

نسبت پواسون بالا نشان می دهد که ماده تغییر شکل الاستیک زیادی را نشان می دهد، حتی زمانی که در معرض مقادیر کمی فشار قرار می گیرد. در همین حال، ماده ای که نسبت پواسون آن نزدیک به صفر است، بدون توجه به بزرگی کرنش، تغییر شکل الاستیکی ندارد.

نسبت پواسون مواد

این مشخصه ممکن است از یک ماده به ماده دیگر متفاوت باشد، بسته به اینکه هر یک از آنها چگونه به کرنش واکنش نشان می دهند.

لاستیک دارای یکی از بالاترین مقادیر نسبت پواسون در 0.4999 است که در واکنش فیزیکی قابل توجه آن به کشش محوری مشهود است.

چوب پنبه نسبت پواسون نزدیک به صفر اندازه گیری می شود. حتی زمانی که در معرض فشار یا کشش قرار می گیرد، عرض یا قطر مواد ثابت می ماند.

در اینجا مقادیر نسبت پواسون برای برخی از متداول ترین مواد استفاده می شود [3]:

• طلا: ν = 0.44
• منیزیم: ν = 0.35
• مس: ν = 0.33
• خاک رس: ν = 0.45
• فولاد: ν = 0.30
• بتن: ν = 0.20
• فوم: ν = 0.10 – 0.40

دسته خاصی از مواد که به عنوان اکستیک شناخته می شوند [4] از این نظر منحصر به فرد هستند که نسبت پواسون منفی را نشان می دهند. هنگامی که نیروی کششی یا کششی اعمال می شود، ضخامت مواد افزایش می یابد. موادی که به این طبقه بندی تعلق دارند شامل گرافن است [5]، آلفا کریستوبالیت [6]و پلیمرهای پلی تترا فلوراتیلن انتخاب شده است [7].

کاربردهایی که در آنها نسبت پواسون مهم است

چوب پنبه به عنوان درب بطری

نسبت پواسون نزدیک به صفر برای چوب پنبه، آن را به یک ماده ایده آل برای درپوش بطری تبدیل می کند. این به این دلیل است که چوب پنبه حتی وقتی در هر دو طرف فشرده شود تقریبا منبسط نمی شود. در مقابل، یک درپوش لاستیکی هنگامی که در معرض فشار محوری قرار می گیرد، به صورت جانبی منبسط می شود. این باعث می شود که مواد لاستیکی در گردن بطری گیر کند.

خطوط لوله سیال

مواد مورد استفاده در انتقال جریان لوله باید حداقل نسبت پواسون را داشته باشند تا از تغییر شکل جلوگیری شود. هنگامی که در معرض فشار بالای سیال قرار می گیرند، دیواره های داخلی لوله مقدار قابل توجهی نیرو دریافت می کنند که ممکن است باعث افزایش جزئی در قطر داخلی و کوتاه شدن جزئی طول لوله شود. هنگامی که این پدیده ها رخ می دهند، خطر نشت و قطع ارتباط ممکن است افزایش یابد.

استحکام مواد

در مورد فلزات و آلیاژها، این پارامتر در تعیین اثر تنش های کششی و فشاری بر روی ماده اهمیت دارد. یک آلیاژ یا فلز با نسبت پواسون بالا ممکن است در محیط‌های پر تنش که در آن یکپارچگی مواد ضروری است، علیرغم وجود نیروهای کششی یا فشاری، نشانه خوبی نباشد.

[1] گر، جی ام و گودنو، بی جی (2008) کشش خطی، قانون هوک و نسبت موقعیت. که در مکانیک مواد، ویرایش هفتم. (ص 27-29). بوستون، MA: Cengage Learning

[2] Rod Lakes (nd) معنی نسبت پواسون. برگرفته از: http://silver.neep.wisc.edu/~lakes/PoissonIntro.html

[3] (nd) نمودار مواد نسبت فلزات پواسون. لبه مهندسان. برگرفته از: https://www.engineersedge.com/materials/poissons_ratio_metals_materials_chart_13160.htm

[4] رن، ایکس. و همکاران (2018) فرامواد و سازه های آکستیک: مروری. اسمارت ماتر. ساختار. 27 023001

[5] گریما، JN و همکاران (2018) رفتار اکستیک غول پیکر در گرافن مهندسی شده. ان فیزیک (برلین) 1700330

[6] یگانه حائری، ع. و همکاران (1992) الاستیسیته آلفا کریستوبالیت: دی اکسید سیلیکون با نسبت پواسون منفی. علوم پایه 257 (5070)، 650-652.

[7] Caddock, BD and Evans, KE (1989) مواد ریز متخلخل با نسبت پواسون منفی. I. ریزساختار و خواص مکانیکی. J. Phys. د: اپلیکیشن فیزیک 22 1877-1882.