Entendendo Cargas Estáticas: Definição, Aplicações e Implicações de Segurança

Uma carga estática é uma força mecânica aplicada lentamente a um conjunto ou objeto. Isso pode ser contrastado com uma carga dinâmica, que é uma força aplicada rapidamente. Testes de carga estática são úteis para determinar as cargas máximas permitidas em estruturas de engenharia, como pontes, e também podem ser úteis na descoberta das propriedades mecânicas dos materiais.

Esta força é frequentemente aplicada a estruturas de engenharia nas quais a segurança das pessoas depende, porque os engenheiros precisam saber a força máxima que uma estrutura pode suportar antes de colapsar. Qualquer força aplicada de forma constante sem mover um objeto é considerada uma carga estática, e o conhecimento de quanta carga uma estrutura pode suportar é útil para definir margens de segurança para a estrutura. Limitar a carga a metade do máximo de uma estrutura dará um fator de segurança de dois.

Um elevador é um exemplo onde ocorre carregamento estático. Quando dez pessoas ficam em um elevador esperando as portas fecharem, elas estão exercendo uma carga sobre ele que é estática porque as pessoas e o elevador não estão se movendo relative umas às outras. As tensões dentro do elevador têm tempo para atingir o equilíbrio sob tais condições. Um elevador deve ser testado para estabelecer um limite máximo de peso com uma margem de segurança aceitável.

Uma carga dinâmica, por outro lado, resulta quando as condições de carregamento mudam com o tempo. Quando as pessoas se movem dentro de um elevador, elas estão criando uma carga dinâmica, e as tensões em um ponto do elevador podem variar consideravelmente.

Os próprios materiais podem ser submetidos a testes para descobrir suas propriedades fundamentais. Todos os materiais têm um limite intrínseco de quanta tensão ou compressão podem tolerar antes de ceder ou deformar permanentemente. Tensão é uma medida de força por unidade de área na seção transversal de um material, e quando a força por unidade de área se torna muito grande, fraturas microscópicas se desenvolvem. Se a força continuar a subir, o material pode quebrar completamente.

Um teste de tração pode ser usado para determinar a resistência à tração de um material. Objetos entram em tração quando forças externas são aplicadas ao longo do mesmo eixo. Se forças são aplicadas verticalmente, os objetos tenderão a ficar ligeiramente mais altos, mas mais finos. Essa deformação é temporária e desaparecerá uma vez que as forças tenham cedido. Quando as tensões superam o ponto de escoamento, no entanto, um material terá suas dimensões permanentemente modificadas.

Uma amostra submetida a um teste de tração pode tipicamente suportar tensões maiores que sua tensão de escoamento sem quebrar. Em um certo ponto, no entanto, a amostra se romperá em duas peças porque as rachaduras microscópicas resultantes do escoamento crescerão. A tensão no ponto de ruptura completa é chamada de resistência à tração última de um material.