पॉइसन अनुपात

पॉइसन अनुपात किसी पदार्थ की इस प्रवृत्ति को मापने वाला मान है कि जब उस पर एक दिशा में तनाव लगाया जाता है तो वह दूसरी दिशा में कैसे विरूपित होता है। इसे अनुप्रस्थ विकृति और अक्षीय विकृति के ऋणात्मक अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

सूत्र

पॉइसन अनुपात निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके परिकलित किया जाता है:

$$\nu = -\frac{\varepsilon_t}{\varepsilon_a}$$

जहाँ:

• $\nu$ पॉइसन अनुपात है
• $\varepsilon_t$ अनुप्रस्थ विकृति है
• $\varepsilon_a$ अक्षीय विकृति है

उदाहरण

एक ऐसे पदार्थ पर विचार करें जिसे अक्षीय दिशा में 1% तक खींचा जाता है। यदि पदार्थ का पॉइसन अनुपात 0.3 है, तो वह अनुप्रस्थ दिशा में 0.3% तक संकुचित होगा।

भिन्न पॉइसन अनुपात वाले पदार्थ

विभिन्न पदार्थों के भिन्न पॉइसन अनुपात होते हैं। कुछ सामान्य पदार्थ और उनके पॉइसन अनुपात नीचे सूचीबद्ध हैं:

• रबड़: 0.5
• इस्पात: 0.3
• कंक्रीट: 0.2
• काँच: 0.25

पॉइसन अनुपात के अनुप्रयोग

पॉइसन अनुपात का उपयोग विभिन्न अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

• भूकंप और अन्य गतिशील भारों को सहन करने वाली संरचनाओं का डिज़ाइन
• तनाव के अंतर्गत पदार्थों के व्यवहार का विश्लेषण
• वांछित गुणों वाले नए पदार्थों का विकास

पॉइसन अनुपात पदार्थों का एक मौलिक गुण है जिसका उपयोग विभिन्न अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों में किया जाता है। यह किसी पदार्थ की इस प्रवृत्ति को मापने वाला मान है कि जब उस पर एक दिशा में तनाव लगाया जाता है तो वह दूसरी दिशा में कैसे विरूपित होता है।

पॉइसन अनुपात और यंग मापांक के बीच संबंध

पॉइसन का अनुपात और यंग मॉड्यूलस सामग्री के दो महत्वपूर्ण यांत्रिक गुण हैं जो तनाव के अंतर्गत उनके व्यवहार का वर्णन करते हैं। यद्यपि ये संबंधित हैं, वे बाहरी बलों के प्रति सामग्री की प्रतिक्रिया के बारे में भिन्न अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।

पॉइसन का अनुपात

पॉइसन का अनुपात, ग्रीक अक्षर ν (न्यू) द्वारा दर्शाया गया, सामग्री की प्रवृत्ति को मापने वाला एक माप है कि जब उस पर किसी दिशा में तनाव लगाया जाता है तो वह दूसरी दिशा में कैसे विरूपित होती है। यह परिभाषित किया गया है कि जब सामग्री को खींचा या संपीड़ित किया जाता है तो अनुप्रस्थ विकृति (चौड़ाई में परिवर्तन) और अक्षीय विकृति (लंबाई में परिवर्तन) के ऋणात्मक अनुपात के रूप में।

यंग मॉड्यूलस

यंग मॉड्यूलस, अक्षर E द्वारा दर्शाया गया, सामग्री की कठोरता या तानीय या संपीड़न तनाव के अंतर्गत विरूपण के प्रतिरोध को मापने वाला एक माप है। यह परिभाषित किया गया है कि तनाव (प्रति इकाई क्षेत्रफल बल) और विकृति (प्रति इकाई लंबाई विरूपण) के अनुपात के रूप में लागू बल की दिशा में।

पॉइसन के अनुपात और यंग मॉड्यूलस के बीच संबंध

पॉइसन का अनुपात और यंग मॉड्यूलस निम्न समीकरण के माध्यम से संबंधित हैं:

$$ ν = -E/(2G) $$

जहाँ G सामग्री का अपरूपण मॉड्यूलस है, जो अपरूपण तनाव के अंतर्गत विरूपण के प्रतिरोध को दर्शाता है।

यह समीकरण दर्शाता है कि पॉइसन का अनुपात यंग मॉड्यूलस के सीधे व्युत्क्रमानुपाती नहीं है। दूसरे शब्दों में, सामग्रियाँ जिनका यंग मॉड्यूलस उच्च होता है, उनका पॉइसन का अनुपात निम्न होना आवश्यक नहीं है, और इसका विपरीत भी सत्य है।

संबंध के निहितार्थ

पॉइसन अनुपात और यंग मॉड्यूलस के बीच संबंध का तनाव के अंतर्गत सामग्रियों के व्यवहार पर कई प्रभाव होते हैं:

• विलेय सामग्रियाँ: धातुओं जैसी विलेय सामग्रियों का सामान्यतः पॉइसन अनुपात कम और यंग मॉड्यूलस अधिक होता है। इसका अर्थ है कि ये खिंचाव तनाव के अंतर्गत आसानी से विरूपित होती हैं और उल्लेखनीय अनुप्रस्थ विकृति अनुभव करती हैं।
• भंगुर सामग्रियाँ: सिरेमिक जैसी भंगुर सामग्रियों का सामान्यतः पॉइसन अनुपात कम और यंग मॉड्यूलस अधिक होता है। इसका अर्थ है कि ये खिंचाव तनाव के अंतर्गत विरूपण के प्रति अधिक प्रतिरोधी होती हैं और कम अनुप्रस्थ विकृति अनुभव करती हैं।
• संयुक्त सामग्रियाँ: विभिन्न सामग्रियों के संयोजन से बनी संयुक्त सामग्रियों का पॉइसन अनुपात और यंग मॉड्यूलस उनकी संरचना और संघटन पर निर्भर करता है, जिससे इनका परास बहुत व्यापक हो सकता है।

पॉइसन अनुपात और यंग मॉड्यूलस के बीच संबंध को समझना इंजीनियरों और वैज्ञानिकों के लिए विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट गुणों वाली सामग्रियों को डिज़ाइन करने में महत्वपूर्ण है।

विभिन्न सामग्रियों के लिए पॉइसन अनुपात मानों की सूची

पॉइसन अनुपात किसी सामग्री की प्रवृत्ति को मापने वाला एक मापक है कि वह एक दिशा में तनाव के अधीन होने पर दूसरी दिशा में कैसे विरूपित होती है। इसे अनुप्रस्थ विकृति और अक्षीय विकृति के ऋणात्मक अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

निम्न सारणी विभिन्न सामग्रियों के लिए पॉइसन अनुपात मानों को सूचीबद्ध करती है:

उच्च पॉइसन अनुपात वाली सामग्रियाँ

उच्च पॉइसन अनुपात वाली सामग्रियाँ दूसरी दिशा में तनाव के अधीन होने पर एक दिशा में विकृत होने की अधिक संभावना रखती हैं। यह कुछ अनुप्रयोगों में लाभदायक हो सकता है, जैसे टायरों में रबड़ का उपयोग, जिससे वे सड़क की सतह के अनुरूप ढल सकते हैं। हालाँकि, यह नुकसानदायक भी हो सकता है, जैसे कंक्रीट के मामले में, जो तनाव के अधीन होने पर दरक सकता है।

निम्न पॉइसन अनुपात वाली सामग्रियाँ

निम्न पॉइसन अनुपात वाली सामग्रियाँ दूसरी दिशा में तनाव के अधीन होने पर एक दिशा में विकृत होने की कम संभावना रखती हैं। यह उन अनुप्रयोगों में लाभदायक हो सकता है जहाँ सामग्री के आकार को बनाए रखना महत्वपूर्ण हो, जैसे हीरे के मामले में, जिसका उपयोग काटने के उपकरणों में किया जाता है। हालाँकि, यह नुकसानदायक भी हो सकता है, जैसे लकड़ी के मामले में, जिसे मोड़ना कठिन हो सकता है।

निष्कर्ष

पॉइसन अनुपात एक महत्वपूर्ण सामग्री गुण है जिसका उपयोग यह समझने के लिए किया जा सकता है कि कोई सामग्री तनाव के अधीन कैसे विकृत होगी। किसी सामग्री के पॉइसन अनुपात को समझकर, इंजीनियर ऐसी संरचनाएँ और घटक डिज़ाइन कर सकते हैं जो उन तनावों को सहन कर सकें जिनके वे अधीन होंगे।

पॉइसन अनुपात पर हल किए गए उदाहरण

पॉइसन अनुपात किसी पदार्थ की इस प्रवृत्ति को मापने वाला मान है कि जब उस पर एक दिशा में तनाव लगाया जाता है तो वह दूसरी दिशा में कैसे विरूपित होता है। इसे अनुप्रस्थ विकृति और अक्षीय विकृति का ऋणात्मक अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

उदाहरण 1: इस्पात

एक इस्पात की छड़ पर 100 MPa का खिंचाव तनाव लगाया जाता है। छड़ 0.1 mm तक लंबी हो जाती है और उसका व्यास 0.05 mm तक संकुचित हो जाता है। इस्पात के लिए पॉइसन अनुपात की गणना कीजिए।

हल:

अक्षीय विकृति है:

$$\epsilon_a = \frac{\Delta L}{L_0} = \frac{0.1 \text{ mm}}{100 \text{ mm}} = 0.001$$

अनुप्रस्थ विकृति है:

$$\epsilon_t = \frac{\Delta d}{d_0} = \frac{-0.05 \text{ mm}}{10 \text{ mm}} = -0.005$$

पॉइसन अनुपात अनुप्रस्थ विकृति और अक्षीय विकृति का ऋणात्मक अनुपात है।

$$\nu = -\frac{\epsilon_t}{\epsilon_a} = -\frac{-0.005}{0.001} = 5$$

इसलिए इस्पात के लिए पॉइसन अनुपात लगभग 0.3 है। इसका अर्थ है कि जब भी इस्पात की छड़ 1 mm तक लंबी होगी, वह व्यास में 0.3 mm तक संकुचित होगी।

उदाहरण 2: रबड़

एक रबड़ की पट्टी को 10 N के बल से खींचा जाता है। रबड़ की पट्टी 10 cm तक लंबी हो जाती है और उसकी चौड़ाई 2 cm तक संकुचित हो जाती है। रबड़ के लिए पॉइसन अनुपात की गणना कीजिए।

हल:

अक्षीय विकृति है:

$$\epsilon_a = \frac{\Delta L}{L_0} = \frac{10 \text{ cm}}{100 \text{ cm}} = 0.1$$

अनुप्रस्थ विकृति है:

$$\epsilon_t = \frac{\Delta w}{w_0} = \frac{-2 \text{ cm}}{10 \text{ cm}} = -0.2$$

पॉइसन अनुपात अनुप्रस्थ विकृति और अक्षीय विकृति का ऋणात्मक अनुपात है।

$$\nu = -\frac{\epsilon_t}{\epsilon_a} = -\frac{-0.2}{0.1} = 2$$

इसलिए, रबड़ के लिए पॉइसन अनुपात लगभग 0.5 होता है। इसका अर्थ है कि रबड़ के बैंड में जब भी 1 सेमी की लंबाई आएगी, तो उसकी चौड़ाई 0.5 सेमी घट जाएगी।

पॉइसन अनुपात सामग्रियों की यांत्रिक व्यवहार को समझने के लिए एक उपयोगी गुण है। इसका उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है कि कोई सामग्री तनाव के अंतर्गत कैसे विरूपित होगी, और ऐसी संरचनाओं को डिज़ाइन करने के लिए किया जा सकता है जो विरूपण के प्रति प्रतिरोधी हों।

पॉइसन अनुपात अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

पॉइसन अनुपात किसी सामग्री की इस प्रवृत्ति का माप है कि वह एक दिशा में तनाव के अधीन होने पर दूसरी दिशा में कैसे विरूपित होती है। इसे अनुप्रस्थ विकृति और अक्षीय विकृति के ऋणात्मक अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

पॉइसन अनुपात क्या है?

पॉइसन अनुपात किसी सामग्री की इस प्रवृत्ति का माप है कि वह एक दिशा में तनाव के अधीन होने पर दूसरी दिशा में कैसे विरूपित होती है। इसे अनुप्रस्थ विकृति और अक्षीय विकृति के ऋणात्मक अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

पॉइसन अनुपात हमें किसी सामग्री के बारे में क्या बताता है?

पॉइसन अनुपात किसी सामग्री की कठोरता और लचीलेपन के बारे में जानकारी दे सकता है। उच्च पॉइसन अनुपात इंगित करता है कि सामग्री अपेक्षाकृत कठोर है, जबकि निम्न पॉइसन अनुपात इंगित करता है कि सामग्री अपेक्षाकृत लचीली है।

पॉइसन अनुपात के कुछ सामान्य मान क्या हैं?

अधिकांश धातुओं का पॉइसन अनुपात 0.25 से 0.35 के बीच होता है। रबड़ का पॉइसन अनुपात लगभग 0.5 होता है, जबकि कॉर्क का पॉइसन अनुपात लगभग 0 होता है।

पॉइसन अनुपात के कुछ अनुप्रयोग क्या हैं?

पॉइसन अनुपात का उपयोग विभिन्न इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि:

• भूकंप और अन्य गतिशील भारों का प्रतिरोध करने वाली संरचनाओं का डिज़ाइन करना
• वांछित गुणों वाली नई सामग्रियों का विकास करना
• तनाव के अंतर्गत सामग्रियों के व्यवहार को समझना

निष्कर्ष

पॉइसॉन अनुपात तनाव के अंतर्गत सामग्रियों के व्यवहार को समझने के लिए एक मूल्यवान उपकरण है। इसका उपयोग विफलता के प्रतिरोधी संरचनाओं को डिज़ाइन करने और वांछित गुणों वाली नई सामग्रियों को विकसित करने के लिए किया जा सकता है।