科學(xué)普及 | 什么是泊松比？“材料生物力學(xué)中泊松比的奧妙”系列科普圖文（一）

為深入貫徹落實(shí)《全民科學(xué)素質(zhì)行動規(guī)劃綱要（2021-2035年）》，著力打造“六位一體”高質(zhì)量科普服務(wù)體系，樹立學(xué)會科普特色品牌，聚力推動會部、會地、會校、會企等戰(zhàn)略合作框架下的科普大聯(lián)合大協(xié)作，中國生物材料學(xué)會實(shí)施2023年度精品科普項(xiàng)目。

今日為您帶來入選項(xiàng)目成果——中國生物材料學(xué)會材料生物力學(xué)分會“材料生物力學(xué)中泊松比的奧妙”系列科普（一）——什么是泊松比？歡迎關(guān)注。

大家一定都有過這樣的經(jīng)歷：當(dāng)我們在日常生活中玩彈性皮筋時，隨著我們不斷用力拉伸它，皮筋的長度會變長，而寬度卻會變窄！這個有趣的現(xiàn)象反映了一個奇妙的材料特性，那么這究竟是怎么回事呢？

在材料力學(xué)中，我們運(yùn)用一個專門的名詞——泊松比，來描述材料在受到外力作用時的變形方式。泊松比簡單來說是指材料在單向受拉或受壓時，其橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的比值。這個比值實(shí)際上是一個反映材料橫向變形的彈性常數(shù)，它幫助我們理解材料在受到外力作用下如何發(fā)生形變。

對于大多數(shù)材料而言，它們的泊松比都是正值，通常介于0.2-0.5之間。這意味著當(dāng)材料受到單向拉伸時，其徑向會發(fā)生收縮；而當(dāng)受到單向壓縮時，徑向會發(fā)生膨脹。

然而，也存在?些特殊材料的泊松比是負(fù)值。這意味著這類材料在受到單向拉伸時，其徑向會變寬；而當(dāng)材料受到單向壓縮時，其徑向反而會變窄。這類材料被稱為負(fù)泊松比材料，又俗稱為“拉脹材料”。

負(fù)泊松比材料之所以備受關(guān)注，是因?yàn)樗鼈兙哂信c普通材料不同的獨(dú)特性質(zhì)，具備了其他材料所不能比擬的優(yōu)勢。它們在耐疲勞、能量吸收、多孔滲透性、抗剪性和抗斷裂性等方面均具有較好的性能，從而被廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、航空航天和醫(yī)療等領(lǐng)域。典型的負(fù)泊松比材料包括黃鐵、貓皮膚、熱解石墨、人動脈內(nèi)皮、向日葵的泡沫芯及具有微裂紋的巖石等。這些材料的特性使它們在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。

作品來源

本作品是在中國科協(xié)生物力學(xué)科學(xué)傳播專家團(tuán)隊(duì)、中國生物材料學(xué)會生物力學(xué)科學(xué)傳播團(tuán)隊(duì)樊瑜波教授、王麗珍教授指導(dǎo)下完成。

作者：姚艷、石煙祝、于佳玉、楊鑫怡、黃慧雯

支持單位：北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心科普教育基地、中國生物材料學(xué)會材料生物力學(xué)分會。

資助

本作品由中國生物材料學(xué)會精品科普項(xiàng)目資助