science >> Wetenschap >  >> Fysica

Poissons berekenen Ratio

Ingenieurs moeten vaak observeren hoe verschillende objecten reageren op krachten of drukken in situaties in de echte wereld. Een van deze waarnemingen is hoe de lengte van een voorwerp uitzet of inkrimpt onder toepassing van een kracht. Dit fysieke fenomeen staat bekend als strain en wordt gedefinieerd als de lengtewijziging gedeeld door de totale lengte. De Poisson-verhouding kwantificeert de lengtewijziging langs twee orthogonale richtingen tijdens het uitoefenen van een kracht. Deze hoeveelheid kan worden berekend met behulp van een eenvoudige formule.

Denk na over hoe een kracht druk uitoefent langs twee orthogonale richtingen van een object. Wanneer een kracht op een object wordt uitgeoefend, wordt deze korter in de richting van de kracht (longitudinaal) maar wordt langer in de orthogonale (dwars) richting. Wanneer een auto bijvoorbeeld over een brug rijdt, oefent deze een kracht uit op de verticale ondersteunende stalen balken van de brug. Dit betekent dat de balken iets korter worden omdat ze in de verticale richting worden gecomprimeerd, maar een beetje dikker worden in de horizontale richting.

Bereken de longitudinale spanning, El, met behulp van de formule El = dL /L, waar dL is de lengteverandering langs de krachtrichting en L is de oorspronkelijke lengte in de richting van de kracht. In navolging van het brugvoorbeeld, als een stalen balk die de brug ondersteunt ongeveer 100 meter hoog is en de lengteverandering 0,01 meter is, dan is de longitudinale spanning El = -0,01 /100 = -0,0001. Omdat spanning een lengte is die wordt gedeeld door een lengte, is de hoeveelheid dimensieloos en heeft deze geen eenheden. Merk op dat bij deze lengteverandering een minteken wordt gebruikt, omdat de bundel korter wordt met 0,01 meter.

Bereken de dwarsspanning, Et, met de formule Et = dLt /Lt, waarbij dLt de verandering is in lengte in de richting loodrecht op de kracht, en Lt is de oorspronkelijke lengte loodrecht op de kracht. Volgend op het voorbeeld van de brug, als de stalen balk in dwarsrichting ongeveer 0,0000025 meter uitzet en de oorspronkelijke breedte 0,1 meter is, dan is de dwarsspanning Et = 0,0000025 /0,1 = 0,000025.

Noteer de formule voor Poisson's ratio: U = -Et /El. Nogmaals, merk op dat Poisson's verhouding twee dimensieloze grootheden deelt, en daarom is het resultaat dimensieloos en heeft het geen eenheden. Verdergaand met het voorbeeld van een auto die over een brug gaat en het effect op de ondersteunende stalen balken, is de Poisson-verhouding in dit geval U = - (0,000025 /-0,0001) = 0,25. Dit komt dicht in de buurt van de getabelleerde waarde van 0.265 voor gietstaal.