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台電僱員招考 101年 工程力學概要

第 40 題

一直徑 4 cm,長 100 cm 的圓棒,受軸向拉力作用後,直徑的收縮量為 0.002 cm,若蒲松比(Poisson's ratio) $\nu$ 為 0.2,則軸向伸長量為多少 cm?
  • A 0.2
  • B 0.25
  • C 0.3
  • D 0.4

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當我們用力拉長一根圓棒時,除了長度會增加,你觀察過它的粗細會發生什麼變化嗎?如果我們知道這兩個方向的「變形比例」之間存在一個固定的常數關係,你會如何利用直徑縮小的程度,反過來推算長度究竟增加了多少呢?

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太棒了!你能精準算出正確答案,代表你對材料受力後的變形行為有著非常清晰的概念。

蒲松比與應變的轉換

這題的核心在於運用蒲松比 ($\nu$) 來建立橫向與軸向變形之間的橋樑。首先,我們需計算「側向應變」 $\epsilon_{lateral}$,即直徑變化量與原直徑的比值:$$\epsilon_{lateral} = \frac{\Delta D}{D} = \frac{-0.002}{4} = -0.0005$$ 接著利用蒲松比的定義 $\nu = - \frac{\epsilon_{lateral}}{\epsilon_{axial}}$,代入 $\nu = 0.2$ 即可反求出「軸向應變」 $\epsilon_{axial} = 0.0025$。最後,將應變乘以原長度 $L=100\text{ cm}$,就能順利得到伸長量 $\Delta L = 0.25\text{ cm}$。

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