Coeficiente de Poisson
Introducción
El coeficiente de Poisson (denotado mediante la letra griega ) es una constante elástica que proporciona una medida del estrechamiento de sección de un prisma de material elástico lineal e isótropo cuando se estira longitudinalmente y se adelgaza en las direcciones perpendiculares a la de estiramiento. El nombre de dicho coeficiente se le dio en honor al físico francés Simeon Poisson.
La mayoría de los materiales tienen valores de la relación de Poisson que oscilan entre 0,0 y 0,5. Para los materiales blandos,[1] como el caucho, donde el módulo aparente es mucho mayor que el módulo de cizallamiento, el coeficiente de Poisson es cercano a 0,5. Para las espumas de polímero de célula abierta, la relación de Poisson es cercana a cero, ya que las células tienden a colapsar en compresión. Muchos sólidos típicos tienen relaciones de Poisson del orden de 0,2-0,3.
Origen
El coeficiente de Poisson es una medida del efecto Poisson, el fenómeno por el cual un material tiende a expandirse en direcciones perpendiculares a la dirección de compresión. Por el contrario, si el material se estira en lugar de comprimirse, normalmente tiende a contraerse en las direcciones transversales a la dirección de estiramiento. Es frecuente observar que cuando se estira una goma elástica, ésta se vuelve notablemente más fina. De nuevo, la relación de Poisson será la relación entre la contracción relativa y la expansión relativa y tendrá el mismo valor que el anterior. En algunos casos poco frecuentes,[2] un material se encogerá realmente en la dirección transversal cuando se comprima (o se expandirá cuando se estire), lo que dará lugar a un valor negativo del coeficiente de Poisson.
El coeficiente de Poisson de un material estable, isotrópico, lineal elástico "Elasticidad (física)") debe estar entre -1,0 y +0,5 debido al requisito de que el módulo de Young, el módulo de cizalladura y el módulo de compresibilidad tengan valores positivos.[3] La mayoría de los materiales tienen valores de la relación de Poisson que oscilan entre 0,0 y 0,5. Un material isótropo perfectamente incompresible deformado elásticamente a pequeñas deformaciones tendría una relación de Poisson de exactamente 0,5. La mayoría de los aceros y polímeros rígidos, cuando se utilizan dentro de sus límites de diseño (antes de fluencia), presentan valores de aproximadamente 0,3, que aumentan hasta 0,5 para la deformación posterior al rendimiento, que se produce en gran medida a volumen constante.[4] El caucho tiene una relación Poisson de casi 0,5. La relación de Poisson del corcho es cercana a 0, mostrando muy poca expansión lateral cuando se comprime, y la del vidrio está entre 0,18 y 0,30. Algunos materiales, como algunas espumas poliméricas, los pliegues de origami,[5][6] y ciertas células pueden presentar un coeficiente de Poisson negativo, y se denominan augéticos. Si estos materiales auxéticos se estiran en una dirección, se vuelven más gruesos en la dirección perpendicular. Por el contrario, algunos materiales anisótropos, como los nanotubos de carbono, los materiales de lámina plegada en zigzag,[7][8] y metamateriales auxéticos en forma de panal[9] por nombrar algunos, pueden presentar una o más relaciones de Poisson superiores a 0,5 en determinadas direcciones.