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Gli ingegneri devono spesso osservare come oggetti diversi rispondono a forze o pressioni all'interno di situazioni del mondo reale. Una di queste osservazioni è il modo in cui la lunghezza di un oggetto si espande o si contrae sotto l'applicazione di una forza.
Questo fenomeno fisico è noto come tensione ed è definito come il cambiamento di lunghezza diviso per la lunghezza totale. Rapporto di Poisson quantifica la variazione di lunghezza lungo due direzioni ortogonali durante l'applicazione di una forza. Questa quantità può essere calcolata utilizzando una formula semplice.
Formula di rapporto di Poisson
Rapporto di Poisson è il rapporto della deformazione di contrazione relativa (ovvero la deformazione trasversale, laterale o radiale) perpendicolare a il carico applicato alla deformazione di estensione relativa (ovvero la deformazione assiale) nella direzione di il carico applicato. Il rapporto di Poissons può essere espresso come
μ = –εt / εl.
dove μ = rapporto di Poissons, εt = deformazione trasversale (m / m o ft / ft) e εl = deformazione longitudinale o assiale (di nuovo m / mo ft / ft).
Modulo dei giovani e rapporto di Poissons sono tra le quantità più importanti nell'area dell'ingegneria delle sollecitazioni e delle sollecitazioni.
Pensa a come una forza esercita una tensione lungo due direzioni ortogonali di un oggetto. Quando una forza viene applicata a un oggetto, questa si accorcia lungo la direzione della forza (longitudinale) ma si allunga lungo la direzione ortogonale (trasversale). Ad esempio, quando un'auto guida su un ponte, applica una forza alle travi d'acciaio di supporto verticali dei ponti. Ciò significa che i raggi diventano un po 'più corti quando vengono compressi in direzione verticale ma diventano un po' più spessi in direzione orizzontale.
Calcola la deformazione longitudinale, εl, usando la formula εl = - dL / L, dove dL è la variazione di lunghezza lungo la direzione della forza, e L è la lunghezza originale lungo la direzione della forza. Seguendo l'esempio del ponte, se una trave di acciaio che sostiene il ponte è alta circa 100 metri e la variazione di lunghezza è di 0,01 metri, la deformazione longitudinale è εl = –0.01/100 = –0.0001.
Poiché la deformazione è una lunghezza divisa per una lunghezza, la quantità è senza dimensioni e non ha unità. Si noti che un segno meno viene utilizzato in questo cambio di lunghezza, poiché il raggio si accorcia di 0,01 metri.
Calcola la deformazione trasversale, εt, usando la formula εt = dLt / Lt, dove dLt è la variazione di lunghezza lungo la direzione ortogonale alla forza, e Lt è la lunghezza originale ortogonale alla forza. Seguendo l'esempio del ponte, se la trave d'acciaio si espande di circa 0,0000025 metri nella direzione trasversale e la sua larghezza originale era di 0,1 metri, la deformazione trasversale è εt = 0.0000025/0.1 = 0.000025.
Scrivi la formula per il rapporto Poissons: μ = –εt / εl. Ancora una volta, nota che il rapporto di Poissons sta dividendo due quantità senza dimensioni, e quindi il risultato è senza dimensioni e non ha unità. Continuando con l'esempio di un'auto che supera un ponte e l'effetto sulle travi in acciaio di supporto, il rapporto Poissons in questo caso è μ = –(0.000025/–0.0001) = 0.25.
Questo è vicino al valore tabulato di 0,265 per l'acciaio fuso.
Rapporto di Poissons per materiali comuni
La maggior parte dei materiali da costruzione di uso quotidiano ha un μ nell'intervallo da 0 a 0,50. La gomma è vicina alla fascia alta; piombo e argilla sono entrambi oltre 0,40. L'acciaio tende ad essere più vicino allo 0,30 e i derivati del ferro ancora più bassi, nell'intervallo da 0,20 a 0,30. Più basso è il numero, meno è suscettibile di "allungare" le forze che il materiale in questione tende ad essere.