輪ゴムを長く伸ばすと幅が狭くなりますか？問題の原因はポアソン比です。

日常生活でゴムバンドを使って遊ぶとき、伸ばし続けるとゴムバンドの長さは長くなり、幅は狭くなるという経験を誰もがしたことがあるはずです。この興味深い現象は素晴らしい材料特性を反映していますが、一体何が起こっているのでしょうか?

材料力学では、外力を受けたときに材料がどのように変形するかを説明するために、ポアソン比という特別な用語を使用します。ポアソン比とは、材料が一方向の張力または圧縮を受けたときの横方向の法線ひずみと軸方向の法線ひずみの比を指します。この比率は実際には材料の横方向の変形を反映する弾性定数であり、外力の作用下で材料がどのように変形するかを理解するのに役立ちます。

ほとんどの材料では、ポアソン比は正であり、通常は 0.2 ～ 0.5 の範囲になります。これは、材料が一方向に引き伸ばされると、半径方向に収縮することを意味します。一方向に圧縮されると、半径方向に膨張します。

ただし、ポアソン比が負になる特殊な材料もいくつかあります。つまり、このタイプの材料を一方向に伸ばすと、半径方向に幅が広くなります。材料が一方向に圧縮されると、半径方向に狭くなります。このタイプの材料は、負のポアソン比材料と呼ばれ、一般に「オーセチック材料」とも呼ばれます。

負のポアソン比を持つ材料は、通常の材料とは異なる独特の特性を持ち、他の材料にはない​​利点を備えているため、大きな注目を集めています。耐疲労性、エネルギー吸収性、多孔性、せん断抵抗、耐破壊性に優れているため、自動車、造船、航空宇宙、医療分野で広く使用されています。典型的な負のポアソン比の材料には、黄鉄鉱、猫の皮、熱分解グラファイト、人間の動脈内皮、ヒマワリの泡核、微小亀裂のある岩石などがあります。これらの材料は、その特性により、科学研究や工学応用において重要な役割を果たします。

ソース

この研究は、中国科学技術協会バイオメカニクス科学コミュニケーション専門家チームおよび中国バイオマテリアル学会バイオメカニクス科学コミュニケーションチームのファン・ユボ教授と王・立珍教授の指導の下で完了しました。

著者: Yao Yan、Shi Yanzhu、Yu Jiayu、Yang Shinyi、Huang Huiwen

支援機関：北京バイオメディカルエンジニアリング先進イノベーションセンター科学教育基地、中国バイオマテリアル学会材料バイオメカニクス支部。

この研究は中国バイオマテリアル協会の優秀科学普及プロジェクトによって資金提供を受けた。