نسبة بواسون: الفهم والحساب
ما هي نسبة بواسون
نسبة بواسون هي خاصية أساسيةللمادة تصف كيفية استجابة المادة للإجهاد. عندما تتمدد مادة ما أو تنضغط في اتجاه واحد، فإنها تميل إلى الانكماش أو التمدد في الاتجاهات المتعامدة. تقيس نسبة بواسون هذا السلوك من خلال ربط الإجهاد الجانبي بالإجهاد المحوري.
الأهمية في علم المواد
يعد فهم نسبة بواسون أمرًا ضروريًا للتنبؤ بسلوك المواد تحت ظروف تحميل مختلفة. وتلعب هذه النسبة دوراً مهماً في مجالات مثل الهندسة الميكانيكية والهندسة المدنية وعلوم المواد، مما يؤثر على تصميم وتحليل الهياكل والمكونات.
العوامل المؤثرة على نسبة بواسون
يمكن أن تؤثر عدة عوامل على نسبة بواسون، بما في ذلك:
- تكوين المواد: المواد المختلفة لها نسب بواسون متأصلة بناءً على بنيتها الذرية أو الجزيئية.
- درجة الحرارة:يمكن أن تؤثرالتغيراتفي درجة الحرارة على مرونة المواد وخصائص تشوهها.
- معدل الإجهاد: يمكن أن تؤثر سرعة تشوه المادة على نسبة بواسون الخاصة بها.
حساب نسبة بواسون: حساب نسبة بواسون
ينطوي حساب نسبة بواسون على قياس الإجهادات المحورية والجانبية التي تتعرض لها المادة تحت الضغط. على الرغم من تجنب الصيغة الدقيقة هنا، تتطلب العملية عادةً أجهزة دقيقة لضمان دقة القياسات.
تطبيقات نسبة بواسون
تُستخدم نسبة بواسون في تطبيقات مختلفة، بما في ذلك:
- التحليل الإنشائي: تقييم كيفية تشوه المباني والجسور تحت الأحمال.
- تصميم المواد: تطوير مواد جديدة ذات خصائص تشوه مرغوبة.
- الميكانيكا الحيوية: فهمسلوك الأنسجة البيولوجية تحت الضغط.
نسبة بواسون في المواد المختلفة
فيما يلي قيم نسبة بواسون النموذجية لمواد مختلفة:
|
المواد |
نسبة بواسون (ν) |
|
الصلب |
0.28 - 0.30 |
|
0.33 |
|
|
النحاس |
0.34 |
|
خرسانة |
0.10 - 0.20 |
|
مطاط (طبيعي) |
0.45 - 0.50 |
|
خشب (موازٍ للحبوب) |
0.25 |
|
خشب (عمودي على الحبيبات) |
0.50 |
|
زجاج |
0.20 - 0.30 |
|
0.34 |
|
|
حديد |
0.29 |
|
برونز |
0.34 |
|
رصاص |
0.44 |
|
بلاستيك (بولي إيثيلين) |
0.40 - 0.45 |
|
0.20 - 0.30 |
|
|
خرسانة |
0.10 - 0.20 |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
تشير نسبة بواسون إلى مقدار انضغاط المادة أو تمددها في اتجاه واحد عند تمددها في اتجاه آخر. بالنسبة لمعظم المواد، تقع نسبة بواسون بين 0 و0.5.
الأسئلة المتداولة
ما الذي تشير إليه نسبة بواسون الأعلى؟
تعني نسبة بواسون الأعلى أن المادة تتعرض لتشوه جانبي أكبر عند التمدد أو الانضغاط.
هل يمكن أن تكون نسبة بواسون سالبة؟
نعم، تُظهر بعض المواد، المعروفة باسم المواد المساعدة، نسبة بواسون سالبة، حيث تتمدد جانبياً عند التمدد.
كيف تقاس نسبة بواسون تجريبياً؟
يتم قياسها عن طريق تطبيق إجهاد معلوم على مادة ما وتسجيل الإجهادات الناتجة في كلا الاتجاهين المحوري والجانبي.
هل تختلف نسبة بواسون باختلاف أنواع الإجهاد؟
نعم، يمكن أن تختلف نسبة بواسون اعتمادًا على ما إذا كان الإجهاد شدًا أو ضغطًا أو قصًا.
ما أهمية نسبة بواسون في التصميم الهندسي؟
إنها تساعد المهندسين على التنبؤ بكيفية تشوه المواد، مما يضمن السلامة الهيكلية وأداء التصميمات في ظل ظروف التحميل المختلفة.
