皮筋拉得越长，宽度越窄？这是泊松比在“作怪”！

大家一定都有过这样的经历：当我们在日常生活中玩弹性皮筋时，随着我们不断用力拉伸它，皮筋的长度会变长，而宽度却会变窄！这个有趣的现象反映了一个奇妙的材料特性，那么这究竟是怎么回事呢？

在材料力学中，我们运用一个专门的名词——泊松比，来描述材料在受到外力作用时的变形方式。泊松比简单来说是指材料在单向受拉或受压时，其横向正应变与轴向正应变的比值。这个比值实际上是一个反映材料横向变形的弹性常数，它帮助我们理解材料在受到外力作用下如何发生形变。

对于大多数材料而言，它们的泊松比都是正值，通常介于0.2-0.5之间。这意味着当材料受到单向拉伸时，其径向会发生收缩；而当受到单向压缩时，径向会发生膨胀。

然而，也存在⼀些特殊材料的泊松比是负值。这意味着这类材料在受到单向拉伸时，其径向会变宽；而当材料受到单向压缩时，其径向反而会变窄。这类材料被称为负泊松比材料，又俗称为“拉胀材料”。

负泊松比材料之所以备受关注，是因为它们具有与普通材料不同的独特性质，具备了其他材料所不能比拟的优势。它们在耐疲劳、能量吸收、多孔渗透性、抗剪性和抗断裂性等方面均具有较好的性能，从而被广泛应用于汽车、船舶、航空航天和医疗等领域。典型的负泊松比材料包括黄铁、猫皮肤、热解石墨、人动脉内皮、向日葵的泡沫芯及具有微裂纹的岩石等。这些材料的特性使它们在科学研究和工程应用中发挥着重要的作用。

作品来源

本作品是在中国科协生物力学科学传播专家团队、中国生物材料学会生物力学科学传播团队樊瑜波教授、王丽珍教授指导下完成。

作者：姚艳、石烟祝、于佳玉、杨鑫怡、黄慧雯

支持单位：北京市生物医学工程高精尖创新中心科普教育基地、中国生物材料学会材料生物力学分会。

本作品由中国生物材料学会精品科普项目资助