푸아송비(Poisson's ratio)의 공식과 특징, 표, 측정 방법

푸아송비(Poisson’s ratio)란?

푸아송 비(Poisson’s ratio)는 시메옹 푸아송의 이름을 딴 비율로, 재료가 인장력의 작용에 따라 그 방향으로 늘어날 때 가로 방향 변형도와 세로 방향 변형도 사이의 비율을 나타냅니다.

푸아송 비는 흔히 그리스 문자 ν로 표기합니다. 기호로는 ν (Nu 또는 누)로 나타내며, 축 방향 응력에 대해 재료가 다른 축 방향으로 팽창, 또는 수축하는 비율을 나타냅니다.

푸아송 비는 재료에 따라 다르며, 티타늄은 0.265~0.34, 구리는 0.33, 알루미늄은 0.32, Steel은 0.27~0.3입니다.

푸아송 비는 플라스틱의 첨가제의 종류와 양에 따라 달라집니다. 한국고분자시험연구소에서는 플라스틱 재질의 푸아송 비 시험서비스를 수행하고 있습니다.

푸아송의 비는 지름 변형률/축방향 길이 변형률입니다.

푸아송 비의 공식은 다음과 같습니다.

Material	Poisson’s ratio
Polymer Nylons Polyethylene Rubber	0.40 0.35 ~ 0.40 0.45 ~ 0.50
Ceramics Alumina Silicon nitride	0.28 0.26

푸아송비는 변형률과 체적변화에 큰 영향을 받으며 0.15～0.6까지 변형률에 따라서 크게 증가하는 것으로 나타났습니다.

푸아송비는 접촉식(Strain gauge)과 비접촉식(Video extensometer) 두 가지 방법으로 측정할 수 있습니다. 한국고분자시험연구소에서는 이 두 가지 방법으로 플라스틱, 필름, 고무, 복합재료 등 다양한 소재에 대한 푸아송비 측정을 진행하고 있습니다.

푸아송비 측정 방법은 다음과 같습니다.

단계	내용
1. 준비	시험편과 스트레인 게이지를 준비한다.
2. 부착	시험편 오목부 중앙에 순간접착제를 이용하여 스트레인 게이지를 부착한다.
3. 파지	준비된 시험편을 인장강도 시험기에 파지한다.
4. 변화 주기	길이방향으로 변화를 주어 미소 변화량을 측정한다.
5. 측정 및 계산	길이방향과 폭방향에서의 미소 변화량을 스트레인 게이지로 측정하여 포아송비를 계산한다.

푸아송 비(Poisson’s ratio)는 재료가 인장력에 따라 늘어날 때 가로 방향 변형도와 세로 방향 변형도 사이의 비율을 나타내는 비율입니다. 푸아송 비는 축 방향 응력에 대해 재료가 다른 축 방향으로 팽창 또는 수축하는 비율을 나타냅니다.

푸아송 비는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

특징	설명
힘의 영향	힘을 가하면 힘을 받은 수직방향으로 늘어나거나 줄어듭니다.
푸아송의 비 정의	지름 변형률 / 축방향 길이 변형률
철재질의 푸아송 비	0.3

푸아송 비는 양(+)의 값을 가지는 것이 일반적입니다. 하지만 음(-, negative)의 푸아송 비를 갖는 재료도 있습니다. 음의 푸아송 비를 갖는 재료는 길이 방향의 인장시 횡방향이 늘어나고, 길이방향의 압축시 횡방향이 줄어드는 특성을 갖습니다.

푸아송비는 구조 지질학, 관성 모멘트, 나비에-스토크스 방정식, 이상 기체 법칙, 차원 등 다양한 분야에서 응용됩니다. 뿐만아니라, 푸아송비는 스마트 메타 물질 기반 투명망토 응용 기술에도 사용됩니다.

응용 분야	내용
구조 지질학	지질 구조 및 지진 등에서의 특성 분석에 활용된다.
관성 모멘트	물리학에서 관성 모멘트 계산에 사용된다.
나비에-스토크스 방정식	유체 역학에서의 나비에-스토크스 방정식에서의 응용이 가능하다.
이상 기체 법칙	화학 및 열역학 분야에서 이상 기체의 특성을 분석하는 데 사용된다.
차원 분석	물리학 및 공학 분야의 차원 분석에 활용된다.
스마트 메타 물질 기반 응용	스마트 메타 물질을 활용한 투명망토 등의 응용 기술에서 사용된다.

오늘은 푸아송비의 공식과 특징, 표, 측정 방법에 대해 알아보았습니다.

이 글의 내용을 요약하면, 다음과 같습니다.

푸아송 비(Poisson’s ratio)는 재료가 인장력에 따라 늘어날 때 가로 방향 변형도와 세로 방향 변형도 사이의 비율을 나타내는 것이다.
일반적으로 푸아송 비는 양(+)의 값을 가지지만, 일부 재료는 음(-, negative)의 푸아송 비를 가진다. 이러한 재료는 길이 방향에 인장이 가해질 때 횡방향으로 늘어나고, 길이 방향에 압축이 가해질 때 횡방향으로 줄어든다.
푸아송 비는 구조 지질학, 관성 모멘트, 나비에-스토크스 방정식, 이상 기체 법칙, 차원 등 다양한 분야에서 응용된다. 또한, 스마트 메타 물질 기반 투명망토 응용 기술에도 사용된다.

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