পয়সনের অনুপাত কি? (What is Poisson’s Ratio?)

পয়সনের অনুপাত হল যখন একটি পদার্থের উপর প্রয়োগিত বাহ্যিক বলের কারণে পদার্থটি লম্বালম্বিভাবে সংকুচিত বা প্রসারিত হয়, তখন লম্বালম্বি বিকৃতির বিপরীতে আনুভূমিক বিকৃতির অনুপাত।

(Poisson’s ratio is the ratio of the transverse strain to the axial strain in a material when it is stretched or compressed longitudinally by an external force.)

পয়সনের অনুপাতের সূত্র (Formula for Poisson’s Ratio)

পয়সনের অনুপাতের সূত্র হল:

(The formula for Poisson’s ratio is:)

𝜈=−𝜖transverse𝜖axialν=−ϵaxial​ϵtransverse​​

এখানে, ν = পয়সনের অনুপাত (Poisson’s ratio), εₜ = আনুভূমিক বিকৃতি (Transverse strain), εₐ = লম্বালম্বি বিকৃতি (Axial strain).

পয়সনের অনুপাতের অর্থ (Significance of Poisson’s Ratio)

যখন একটি বস্তুকে লম্বালম্বিভাবে প্রসারিত করা হয়, তখন বস্তুটি সংকুচিত হয় বা আনুভূমিক দিক থেকে সংকুচিত হয়। পয়সনের অনুপাত এই সংকোচনের মাত্রা পরিমাপ করে।

(When an object is stretched longitudinally, it contracts or becomes compressed transversely. Poisson’s ratio measures the extent of this contraction.)

উদাহরণ (Example)

ধরা যাক, একটি ধাতুর রডের লম্বালম্বি প্রসারণের কারণে এর প্রস্থ সংকুচিত হয়। রডের লম্বালম্বি বিকৃতি εₐ = 0.01 এবং আনুভূমিক বিকৃতি εₜ = 0.003। পয়সনের অনুপাত নির্ণয় করতে হবে।

(Consider a metal rod that contracts transversely due to longitudinal extension. The axial strain εₐ = 0.01 and the transverse strain εₜ = 0.003. We need to determine the Poisson’s ratio.)

𝜈=−𝜖transverse𝜖axial=−0.0030.01=−0.3ν=−ϵaxial​ϵtransverse​​=−0.010.003​=−0.3

পয়সনের অনুপাত এখানে 0.3।

(The Poisson’s ratio here is 0.3.)

পয়সনের অনুপাতের মান (Values of Poisson’s Ratio)

পয়সনের অনুপাত সাধারণত ধনাত্মক হয় এবং এর মান 0 থেকে 0.5 এর মধ্যে থাকে। কিছু বিশেষ পদার্থের ক্ষেত্রে এটি ঋণাত্মকও হতে পারে।

(Poisson’s ratio is generally positive and ranges from 0 to 0.5. For some special materials, it can also be negative.)

• ধনাত্মক পয়সনের অনুপাত (Positive Poisson’s Ratio): বেশিরভাগ ধাতু ও পদার্থের পয়সনের অনুপাত ধনাত্মক হয়। (Most metals and materials have a positive Poisson’s ratio.)

• ঋণাত্মক পয়সনের অনুপাত (Negative Poisson’s Ratio): কিছু বিশেষ পদার্থ যেমন অক্সেটিক উপকরণে পয়সনের অনুপাত ঋণাত্মক হতে পারে। (Some special materials, like auxetic materials, can have a negative Poisson’s ratio.)

পয়সনের অনুপাতের ব্যবহার (Applications of Poisson’s Ratio)

পয়সনের অনুপাত প্রকৌশল এবং পদার্থবিজ্ঞানের বিভিন্ন ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এটি পদার্থের স্থিতিস্থাপনার পরিমাপ এবং কাঠামোর নকশা নির্ধারণে সহায়ক হয়।

(Poisson’s ratio plays an important role in engineering and physics. It helps in measuring the elasticity of materials and designing structures.)

• কাঠামোগত বিশ্লেষণ (Structural Analysis): স্থাপত্য ও যন্ত্র প্রকৌশলে বিভিন্ন কাঠামোর নকশায় পয়সনের অনুপাত ব্যবহৃত হয়। (In architecture and mechanical engineering, Poisson’s ratio is used in designing various structures.)

• পদার্থের গুণাগুণ নির্ধারণ (Determining Material Properties): এটি পদার্থের স্থিতিস্থাপনার পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়। (It is used to measure the elastic properties of materials.)

• কম্পন বিশ্লেষণ (Vibration Analysis): কম্পন বিশ্লেষণে পয়সনের অনুপাত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। (Poisson’s ratio plays a crucial role in vibration analysis.)

যখন কোনো তারে দৈর্ঘ্য বরাবর বল প্রয়োগ করা হয় তখন তারের দৈর্ঘ্য কিছুটা বেড়ে যায় কিন্তু সঙ্গে সঙ্গে তারের ব্যাস কিছু কমে যায় বা তার সরু হয়ে যায় (চিত্র : ৭.১২)। প্রস্থের দিকে যে বিকৃতি হয় তাকে পার্শ্ব বিকৃতি বলে। কোনো বস্তুর দৈর্ঘ্য বিকৃতি ঘটলে পার্শ্ব বিকৃতিও ঘটে। বৈজ্ঞানিক সাইমন পয়সন দেখান যে, স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে পার্শ্ব বিকৃতি দৈর্ঘ্য বিকৃতির সমানুপাতিক।

সংজ্ঞা : স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে বস্তুর পার্শ্ব বিকৃতি ও দৈর্ঘ্য বিকৃতির অনুপাত একটি ধ্রুব সংখ্যা। এ ধ্রুব সংখ্যাকে বস্তুর উপাদানের পয়সনের অনুপাত বলে। পয়সনের অনুপাতকে দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

পয়সনের অনুপাত, $\sigma$ =পার্শ্ব বিকৃতি/ দৈর্ঘ্য বিকৃতি

মান :

 বৃত্তাকার প্রস্থচ্ছেদ বিশিষ্ট কোনো তারের দৈর্ঘ্য L ও ব্যাস D হলে এবং বাহ্যিক বলের প্রভাবে এর দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি l হলে ও ব্যাস d পরিমাণ কমে গেলে,

দৈর্ঘ্য বিকৃতি = I/L এবং পার্শ্ব বিকৃতি = d/D

ব্যাসের পরিবর্তে ব্যাসার্ধ দিয়েও পয়সনের অনুপাতকে প্রকাশ করা যেতে পারে।

(7.13)

.. পয়সনের অনুপাত $\sigma =\frac{d/D}{l/L}=\frac{dL}{Dl}$

ধরা যাক, তারের আদি দৈর্ঘ্য  $\Delta$L এবং ব্যাসার্ধ r। বাহ্যিক বলের প্রভাবে এর দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি $\Delta$L এবং ব্যাসার্ধের হ্রাস $\Delta r$ হলে

দৈর্ঘ্য বিকৃতি = $\frac{\Delta L}{L\circ }$

পার্শ্ব বিকৃতি =$\frac{\Delta r}{r}$

এখানে ঋণাত্মক চিহ্ন দ্বারা বোঝানো হচ্ছে যে,  $\Delta$L ধনাত্মক হলে  $\Delta$r ঋণাত্মক হবে এবং  $\Delta$L ঋণাত্মক হলে  $\Delta$r ধনাত্মক হবে। অর্থাৎ বল প্রয়োগে দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি পেলে ব্যাসার্ধ হ্রাস পাবে আর দৈর্ঘ্য হ্রাস পেলে ব্যাসার্ধ বৃদ্ধি পাবে।

মাত্রা ও একক :

  বিকৃতি একই জাতীয় দুটি রাশির অনুপাত বলে বিকৃতির মাত্রা ও একক নেই । পয়সনের অনুপাত দুটি বিকৃতির অনুপাত বলে পয়সনের অনুপাতের কোনো মাত্রা ও একক নেই।

তাৎপর্য :

 অ্যালুমিনিয়ামের পয়সনের অনুপাত 0.35 বলতে বোঝায় অ্যালুমিনিয়ামের দৈর্ঘ্য বরাবর স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে বল প্রয়োগ করলে পার্শ্ব বিকৃতি ও দৈর্ঘ্য বিকৃতির অনুপাত সব সময় 0.35 হয়। তাত্ত্বিকভাবে দেখানো যায় যে, পয়সনের অনুপাতের মান -1 এর চেয়ে কম এবং +$\frac{1}{2}$ এর চেয়ে বেশি হতে পারে না, অর্থাৎ $-1\le \sigma \le \frac{1}{2}$। বাস্তবে পয়সনের অনুপাত কেবলমাত্র তখনই ঋণাত্মক হওয়া সম্ভব যখন দৈর্ঘ্য প্রসারণের ফলে বস্তুর ব্যাস বৃদ্ধি পায় অর্থাৎ পার্শ্বীয় প্রসারণ ঘটে। কিন্তু বাস্তবে তা অসম্ভব তাই ব্যবহারিক ক্ষেত্রে পয়সনের অনুপাতের মান ঋণাত্মক হওয়া সম্ভব নয়। বেশির ভাগ ধাতব পদার্থের ক্ষেত্রে এ মান সাধারণত 0.3 হয়ে থাকে। ধাতব পদার্থের ক্ষেত্রে তাই পয়সনের অনুপাতের সীমা ধরা হয় $0\le \sigma \le \frac{1}{2}$

৭.১১। ইস্পাত রবারের চেয়ে বেশি স্থিতিস্থাপক Steel is more Elastic than Rubber

এক টুকরো রবারের ফিতে টানলে সহজেই বেড়ে যায়, কিন্তু একটি ইস্পাতের তার টানলে তা সহজে বাড়ে না। একই প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল ও দৈর্ঘ্যবিশিষ্ট দুটি ভিন্ন বস্তুর মধ্যে যে বস্তুতে যত বেশি প্রতিরোধ বলের সৃষ্টি হয় সেই বস্তুর স্থিতিস্থাপকতা তত বেশি। প্রতিরোধ বল প্রযুক্ত বলের সমান বলে নির্দিষ্ট বিকৃতি সৃষ্টি করতে যে বস্তুতে যত বেশি বল প্রয়োগ করতে হয় তাকে তত বেশি স্থিতিস্থাপক বলা হয়। এ হিসাবে দেখা যায় যে, একই দৈর্ঘ্য ও প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল বিশিষ্ট রবার ও ইস্পাতের তারে সমান দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি করতে রবারের তুলনায় ইস্পাতের তারে বল প্রয়োগ করতে হয় অনেক বেশি। এজন্য রবারের তুলনায় ইস্পাতের স্থিতিস্থাপকতা অনেক বেশি।