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Entendendo a elasticidade


Elasticidade na física e na ciência dos materiais refere-se à capacidade de um corpo de suportar uma força que causa distorção e recuperar suas dimensões originais uma vez que a força tenha sido retirada. Quando cargas suficientes são aplicadas, objetos sólidos se deformam; se o material for elástico, o objeto retornará ao seu tamanho e forma originais após a remoção dos pesos. Diferente da plasticidade, que impede que isso aconteça e faz com que o item fique deformado.

Neste artigo, as respostas para as seguintes perguntas serão discutidas:




O que é elasticidade?


Elasticidade na física e na ciência dos materiais refere-se à capacidade de um corpo de suportar uma força que causa distorção e recuperar suas dimensões originais uma vez que a força tenha sido retirada. Quando cargas suficientes são aplicadas, objetos sólidos se deformam; se o material for elástico, o objeto retornará ao seu tamanho e forma originais após a remoção dos pesos. Diferente da plasticidade, que impede que isso aconteça e faz com que o item fique deformado.

Para materiais diferentes, as causas físicas subjacentes do comportamento elástico podem variar muito. Quando forças são aplicadas, a rede atômica nos metais muda de tamanho e forma (energia é adicionada ao sistema). A rede retorna ao seu estado inicial de energia mais baixa quando as forças são eliminadas. O alongamento das cadeias de polímeros quando as forças são aplicadas é o que dá às borrachas e outros polímeros sua elasticidade.

De acordo com a lei de Hooke, não importa quão grande seja a distância, a força usada para deformar itens elásticos deve ser diretamente proporcional à distância de deformação. Um determinado objeto retornará à sua forma original independentemente de quão severamente tenha sido deformado; isso é conhecido como elasticidade perfeita.

Este é simplesmente um conceito ideal; na realidade, a maioria dos materiais elásticos só retém suas propriedades elásticas puras até deformações relativamente menores antes de sofrer deformação plástica (permanente).

O módulo de elasticidade, também conhecido como módulo de Young, módulo de volume ou módulo de cisalhamento, é uma medida da quantidade de tensão necessária para produzir uma unidade de deformação. Um módulo mais alto indica que o material é mais difícil de deformar.

O pascal serve como unidade SI deste módulo (Pa). A maior tensão que pode existir antes do início da deformação plástica é conhecida como limite elástico do material ou limite de escoamento. Pascal também é seu equivalente SI (Pa). Exemplos de materiais elásticos incluem elásticos, elásticos e outros materiais elásticos. A massa de modelar, por outro lado, é bastante inelástica e mantém sua forma alterada mesmo após a interrupção da força aplicada.

Como funciona a elasticidade?


Quando as forças que produzem a deformação são liberadas, um corpo de material elástico pode reverter ao seu tamanho e forma anteriores. Essa capacidade é chamada de comportamento elástico (ou resposta) em um corpo. A maioria dos materiais sólidos apresenta algum grau de comportamento elástico, mas para cada material, há um limite para a quantidade de força e a deformação que o acompanha dentro do qual a recuperação elástica é alcançada.

A maior tensão ou força por unidade de área que pode existir dentro de um material sólido antes do início da deformação permanente é conhecida como limite elástico. O material escoa ou escoa quando as tensões são aplicadas acima do limite elástico. O limite elástico para tais materiais denota a transição do comportamento elástico para o plástico. Tensões acima do limite elástico causam fratura na maioria dos materiais frágeis com deformação plástica quase mínima.

O limite elástico varia significativamente dependendo do tipo de sólido considerado; por exemplo, uma barra ou fio de aço só pode ser estendido elasticamente em aproximadamente 1% de seu comprimento original, enquanto extensões elásticas de até 1.000% são possíveis para tiras feitas de alguns materiais semelhantes a borracha.

No entanto, o aço é significativamente mais forte que a borracha porque a borracha requer menos força de tração para impactar a extensão elástica máxima (por um fator de aproximadamente 0,01) do que o aço. Muitos sólidos em tração têm características elásticas que ficam entre esses dois extremos.

O aço e a borracha possuem estruturas microscópicas significativamente distintas, razão pela qual suas características macroscópicas elásticas são diferentes. Forças interatômicas de curto alcance que mantêm os átomos em padrões regulares quando o material não está sob estresse são o que dá ao aço e a outros metais sua flexibilidade.

A ligação atômica pode ser quebrada sob tensão com deformações relativamente pequenas. Por outro lado, substâncias semelhantes à borracha e outros polímeros são compostos de moléculas de cadeia longa que se desenrolam à medida que a substância é esticada e recuam durante a recuperação elástica. A reação macroscópica do material, não seu mecanismo subjacente, é o foco da teoria matemática da elasticidade e sua aplicação à mecânica de engenharia.

A relação linear entre a tensão de tração (força de tração ou estiramento por unidade de área da seção transversal do material) e a razão de extensão (diferença entre os comprimentos estendido e inicial dividido pelo comprimento inicial), e, em uma tensão simples e direta O teste caracteriza a resposta elástica de materiais como aço e osso.

Em outros termos, a expressão =Ee significa que é proporcional a e, e E, a constante de proporcionalidade, também é conhecida como módulo de Young. A proporção dos valores de E para borracha e aço é de aproximadamente 100.000, dependendo do material. Uma lei constitutiva é a equação =Ee, também conhecida como lei de Hooke.

Assista ao vídeo abaixo para saber mais sobre elasticidade:





Quem descobriu a elasticidade?


Sempre soubemos que alguns materiais são mais flexíveis do que outros e que respondem às forças de maneiras diferentes, mas Robert Hooke é o nome crucial a ser lembrado ao discutir elasticidade. Hooke, que viveu durante a vida de Isaac Newton, foi o primeiro a calcular e analisar com precisão como funciona a elasticidade.

Através de extensos testes com molas, Hooke descobriu a Lei da Elasticidade, às vezes conhecida como Lei de Hooke, em 1660. O princípio fundamental da lei é que, para deformações relativamente menores de um item (como esticá-lo ou dobrá-lo), o deslocamento ou a quantidade de deformação é precisamente proporcional à força ou carga de deformação. Quando a carga é removida nessas circunstâncias, o objeto retoma seu tamanho e forma originais.

O comportamento anterior pode ser usado para explicar o comportamento elástico dos sólidos de acordo com a lei de Hooke. Para que um material seja elástico, suas partículas constituintes devem ser capazes de se mover dentro dele em resposta a uma força externa e, de acordo com a Lei de Hooke, esse movimento deve ser diretamente proporcional à força aplicada.

Embora não seja uma lei perfeita – para forças maiores, o limite elástico é frequentemente excedido, o que implica que a força causa mais deformação do que é exatamente proporcional – a Lei de Hooke é a mais crucial para entender quando você está apenas começando a pesquisar o assunto!

Por que a elasticidade é útil?


Toda vez que você precisar fazer algo, você deve estar ciente da importância da elasticidade. Afinal, não adianta criar uma estrutura tão rígida que desmorone em uma tempestade ou uma régua tão flexível que você não pode usá-la para medir nada.

Por isso, entender o limite elástico de um material é crucial para quase qualquer tarefa que exija trabalho para criar ou reparar um objeto, seja ele pequeno ou grande como um arranha-céu. Isto é especialmente verdadeiro para coisas como veículos e edifícios.

Quando eles são submetidos a uma pressão extrema, que pode se originar de várias fontes, precisamos confiar nessas coisas para permanecer firmes e não falhar. Para os engenheiros, em particular, estudar a elasticidade é essencial, pois pode afetar significativamente a adequação desses itens para resistir a danos.

Em resumo


A lei de Hooke afirma que não importa quão grande seja a distância, a força usada para deformar itens elásticos deve ser diretamente proporcional à distância de deformação. Elasticidade na física e na ciência dos materiais refere-se à capacidade de um corpo de suportar uma força que causa distorção e de recuperar suas dimensões originais uma vez que a força tenha sido retirada. Isso é tudo para este artigo, onde o seguinte sobre elasticidade está sendo respondido:

Espero que você aprenda muito com a leitura, se assim for, por favor, compartilhe com os outros. Obrigado por ler, nos vemos por aí!





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