Tensão de tração explicada:definição, fórmula, unidades e exemplos práticos

A tensão de tração é um conceito essencial para a compreensão da resistência dos materiais e sua capacidade de suportar cargas no mundo real. É a razão entre uma força de estiramento e a área da seção transversal de um material. Este artigo discutirá a definição, fórmula e unidade de medida da tensão de tração quando calculada.

O que é tensão de tração?

A tensão de tração é a razão entre uma força de estiramento que atua sobre um material e a área da seção transversal desse material. É a força por unidade de área que coloca um objeto em tensão. A tensão de tração é medida em testes de materiais padronizados para indicar a resistência à tração – a tensão máxima que um material pode suportar antes de quebrar. É um parâmetro chave na seleção de materiais e ocorre quando uma força de estiramento atua sobre um material, ou seja, quando um objeto está sob “tensão”.

Quando ocorre a tensão de tração?

A tensão de tração ocorre quando uma força de alongamento atua sobre um material, ou em outras palavras, quando um objeto está sob tensão.

O que pode ser calculado quando a tensão de tração atua sobre um material?

Quando a tensão de tração atua sobre um material, há uma série de propriedades essenciais que podem ser calculadas como resultado, incluindo:

1. Módulo de resiliência

O módulo de resiliência é a quantidade de energia armazenada elasticamente em um material por unidade de volume. A resiliência é calculada como a área sob a curva tensão-deformação de tração, antes do limite elástico (antes que o material comece a se deformar plasticamente). A resiliência indica a energia armazenada em um material que está sob tensão, pois a energia pode ser calculada como o produto da força (tensão) e da distância (deformação). O módulo de resiliência é especificamente por unidade de volume.

2. Módulo Elástico

O módulo de elasticidade, também conhecido como módulo de elasticidade ou módulo de Young, pode ser calculado aplicando tensão de tração a um material. O módulo de elasticidade é a razão entre a tensão de tração e a deformação longitudinal (alongamento). É calculado como o gradiente da curva de tensão de tração na seção elástica. O módulo de elasticidade infere quanta deformação um material sofrerá quando submetido a uma tensão de tração específica.

3. Estresse de fratura

A tensão de fratura é a tensão de tração na qual o material quebra (fraturas). Em um teste de tensão de tração, a tensão de fratura é a tensão registrada no final do teste, quando ocorre a ruptura. Para materiais dúcteis, a tensão na fratura será menor que a tensão de tração final, pois a estricção ocorre na amostra de material.

4. Tensão de tração final

A tensão máxima de tração é a tensão máxima de tração que um material é capaz de suportar antes da fratura. Durante o teste (de acordo com a lei de Hooke), a tensão é proporcional à deformação (alongamento) de um material na região de deformação elástica. À medida que a deformação aumenta, o material começa a deformar-se plasticamente (irreversivelmente). A tensão de tração máxima ocorrerá no material em um ponto da deformação plástica – esta é a tensão de tração final. À medida que a deformação aumenta além deste ponto, a tensão de tração cai até a fratura.

A Fórmula para Tensão de Tração

A fórmula para tensão de tração é simplesmente força sobre área, escrita como:

σ =F/A

A tensão de tração é a razão entre a força de alongamento aplicada à área da seção transversal do material que sofre a tensão.

Qual é a unidade de tensão de tração?

A unidade de tensão de tração é o pascal (Pa). Isto é força sobre área, semelhante à pressão; assim, a tensão de tração compartilha unidades com a pressão. As unidades também podem, portanto, ser indicadas como N/m2 ou como psi. Devido à magnitude das resistências à tração dos materiais comuns, a unidade mais comumente utilizada é MPa (1 x 106 Pa).

O que é o símbolo de tensão de tração?

O símbolo para tensão de tração é a letra grega minúscula sigma σ.

Como calcular a tensão de tração?

Para calcular a tensão de tração, primeiro comece com a fórmula:

σ =F/A

A tensão de tração é calculada como a força de tração aplicada, dividida pela área da seção transversal. O segundo passo é estabelecer a força que atua sobre o material, em newtons ou libras-força. A terceira etapa é calcular a área da seção transversal sobre a qual a força está atuando. Esta é especificamente a área perpendicular à direção da tensão de tração. É essencial considerar a possível deformação do objeto devido à tensão de tração que atua sobre ele. A tensão faz com que o material se estique, o que afina o material e reduz sua área de seção transversal. Isto deve, portanto, idealmente ser medido quando sob estresse. Finalmente, a tensão de tração é calculada dividindo a força pela área da seção transversal.

Como compreender a curva de tensão de tração?

Para entender a curva de tensão de tração, é importante primeiro aprender como a curva é criada. O material a ser testado, em formato de haltere (ou osso de cachorro), é colocado em uma máquina que segura cada extremidade. As garras então se afastam lentamente, aumentando a deformação (deslocamento) do material e induzindo tensão. A deformação é aumentada até que o material se rompa e a tensão é medida por toda parte. A relação entre tensão e deformação é representada graficamente, com a deformação constantemente crescente no eixo X e a tensão resultante no eixo Y.

Em segundo lugar, há pontos-chave a serem identificados na curva de tensão de tração – consulte a Figura 1 abaixo: