Technische encyclopedie

Winkler Prins (1975)

Gepubliceerd op 27-11-2024

AEOLOTROPIE

betekenis & definitie

(Fr.: hétérotropie, éolotropie; Du.: Aeolotropie; Eng.: aeolotropy), de eigenschap van sommige materialen dat een lichaam ervan, bij vervorming onder invloed van een belasting, verschillend reageert afhankelijk van de richting, waarin de spanning werkt.

Een voorbeeld is hout, dat in de vezelrichting stijver is dan loodrecht erop; kopshout is stijver dan langshout (zie Hout). Een ander voorbeeld vormen kunststoffen, die versterkt zijn met vezels van een resistenter materiaal, en metalen, die voor de vliegindustrie veredeld zijn door er ragfijne monokristallen (zgn. whiskers) in te verwerken. De monokristallen zijn vele malen sterker dan hetoorspronkelijke materiaal, maar bros en te klein voor direct gebruik. Door ze in te bedden in een taaier doch zwakker moedermateriaal ontstaat een technisch bruikbaar samenstel. Door de vezels in één of meer bepaalde voorkeursrichtingen te leggen ontstaat een aeolotrope stof, die in bepaalde, gewenste richtingen beter in staat is spanningen op te nemen. Een vergelijkbaar voorbeeld is gewapend beton, waarin de wapeningsstaven zodanig georiënteerd zijn, dat ze de trekspanningen opnemen die het steenachtige beton zelf niet kan verdragen. Nog een ander voorbeeld is een rotsmassa, die doorsneden is door systemen van onderling evenwijdige scheuren. In dit geval bestaat de aeolotropie uit de richtingsafhankelijke verzwakkingen van het materiaal.

Aeolotropie is een speciale vorm van anisotropie, een begrip dat in het algemeen gebruikt wordt, om ermee aan te duiden dat een willekeurige fysische eigenschap (zoals permeabiliteit ten opzichte van doorstroming van warmte, magnetisme, of water) afhankelijk is van de richting, waarin het beschouwde fysische verschijnsel optreedt. Aeolotropie is niet alleen beperkt tot de stijfheidseigenschappen in verband met spanningen en vervormingen, maar ten aanzien van die stijfheid ook nog tot die gevallen, waarin van een zekere symmetrie sprake is.

Het verband tussen de zes verschillende componenten van de spanningstensor en de zes verschillende componenten van de vervormingstensor wordt in het meest algemene geval van anisotropie gegeven door 6 × 6 = 36 coëfficiënten van de stijfheidstensor (zie Elasticiteit). Op grond van energieoverwegingen blijkt, dat maximaal slechts 21 van deze coëfficiënten van elkaar verschillend kunnen zijn. Wanneer het aantal verschillende coëfficiënten gelijk is aan 21 spreekt men van anisotropie. Wanneer door bepaalde symmetrieën van de inwendige structuur dit aantal minder is dan 21, spreekt men van aeolotropie. Wanneer door een volledige symmetrie van het materiaal ten opzichte van alle mogelijke draaiingen en spiegelingen (‘full orthogonal group of rotations and reflections’) het aantal coëfficiënten is gereduceerd tot het kleinst mogelijke getal 2, spreekt men van isotropie (zie Elasticiteit, alwaar die twee coëfficiënten aangeduid zijn als de moduli K en G).

Oorspronkelijk (1822, Navier, Canchy) is het begrip aeolotropie ingevoerd ter beschrijving van de stijfheidseigenschappen van kristallen. Aangezien men in de vorige eeuw dacht dat lichtvoortplanting een zuiver mechanische aangelegenheid was, heeft men de term aeolotropie ook gebruikt om er de dubbele breking van licht door kristallen mee aan te duiden. Vandaar dat men heden ten dage, nu lichtvoortplanting een elektromagnetisch verschijnsel blijkt te zijn, aeolotropie ook gebruikt, wanneer men de richtingsafhankelijke polariseerbaarheid van moleculen ten opzichte van geïnduceerde dipoolmomenten beschouwt, die verantwoordelijk is voor deze dubbele breking (zie Kerreffect).

In de kristalleer zijn namen gegeven aan enkele eenvoudige vormen van aeolotropie. Men spreekt van orthotropie, wanneer er symmetrie is ten opzichte van drie onderling loodrechte vlakken. Men spreekt van transversale isotropie, wanneer er rotatiesymmetrie is ten opzichte van één lijn.

Een gevolg van aeolotropie in een materiaal is de mogelijkheid van non-coïncidentie. Daaronder verstaat men dat de hoofdrichtingen van de spanningen niet samenvallen met de hoofdrichtingen van de, door die spanningen veroorzaakte, vervormingen. Non-coïncidentie kan optreden in een aeolotroop materiaal, maar het hoeft niet. Men zal bijv. geen non-coïncidentie waarnemen, wanneer men de spanning aanlegt in de richting van de staven van een enkelvoudig gewapende betonbalk.

Het woord aeolotropie is afkomstig van de eolusharp. Dit was een muziekinstrument, vervaardigd door de Griekse windgod Aeolus, dat bestond uit het dekschild van een schildpad, waarover in verschillende richtingen snaren met verschillende spanningen waren gespannen. In de wind gehangen produceerde het instrument welluidende akkoorden.

< >