Tensão compressiva explicada:definições, unidades, fórmulas e exemplos práticos

Quando uma força externa é aplicada de forma a comprimir ou apertar um objeto, ela causa um tipo de tensão chamada tensão de compressão. A tensão compressiva força os átomos de um material a tentarem se aproximar uns dos outros do que a estrutura cristalina e as forças interatômicas permitem. Os átomos deslizam uns pelos outros em planos cristalinos mais fracos e em defeitos e vazios, causando deformação e eventual quebra.
A tensão compressiva é um princípio fundamental na engenharia e na ciência dos materiais porque influencia a resistência e durabilidade de estruturas e materiais. Normalmente, a tensão de compressão é expressa em pascal (Pa) ou libras por polegada quadrada (psi). A tensão de compressão pode ser calculada dividindo a força aplicada a um objeto pela área da seção transversal normal à força.

A resistência à compressão é a tensão máxima que um material pode suportar antes de quebrar sob compressão. É um parâmetro crucial na engenharia de materiais porque determina se um material é adequado para uma determinada aplicação. Este artigo discutirá a tensão de compressão, como ela é calculada, quando ocorre e fornecerá exemplos.

O que é tensão compressiva?

A tensão compressiva é uma força mecânica onde um objeto é comprimido. As moléculas de um material se aproximam umas das outras como resultado desse tipo específico de tensão, o que leva à deformação ou falha do objeto. Compreender a resposta dos materiais à tensão de compressão é uma parte crítica da engenharia e da ciência dos materiais porque afeta a resistência, a segurança e a longevidade de estruturas e objetos feitos pelo homem, grandes e pequenos.
Robert Hooke — um matemático e físico do século XVII — propôs pela primeira vez a lei de Hooke. Esta lei descreve a relação entre a tensão e a deformação de um material sujeito a forças de compressão ou tração. Desde então, novas abordagens e métodos para calcular e analisar tensões de compressão foram desenvolvidos em uma variedade de aplicações, como resultado do desenvolvimento na ciência e engenharia de materiais.

Esforço Compressivo vs. Resistência Compressiva

A tensão de compressão refere-se à resistência interna que um material desenvolve por unidade de área quando sujeito a uma força de compressão, normalmente expressa em pascal (Pa) ou libras por polegada quadrada (psi). É uma quantidade variável que muda com a carga aplicada e a geometria.
Em contraste, a resistência à compressão é uma propriedade fixa do material que define a tensão máxima de compressão que um material pode suportar antes de falhar ou deformar-se permanentemente. Embora a tensão de compressão seja medida durante o carregamento, a resistência à compressão representa o limite no qual a integridade estrutural é perdida.

Quando ocorrem tensões de compressão?

As tensões compressivas ocorrem quando uma força é aplicada a um objeto, fazendo com que ele se comprima. Isso pode acontecer em diversas circunstâncias, como quando algo é pressionado entre dois objetos ou quando um material é submetido a muita pressão. Como estruturas e materiais são frequentemente submetidos a cargas compressivas, a ocorrência de tensões compressivas em estruturas projetadas é um evento comum.

Qual é a unidade SI de tensão compressiva?

A unidade SI para tensão compressiva é o Pascal (Pa), que leva o nome do físico francês Blaise Pascal. Um pascal é igual a um newton por metro quadrado (N/m2). Como muitos materiais sofrem cargas elevadas, a tensão de compressão é frequentemente medida em quilopascais (kPa) ou megapascais (MPa) na engenharia e na ciência dos materiais. Embora atmosferas (atm) e libras por polegada quadrada (psi) também sejam usadas para expressar tensão de compressão, as aplicações científicas e de engenharia usam principalmente a unidade SI de pascal.

Qual é a fórmula da tensão compressiva?

A fórmula da tensão de compressão é calculada pela força aplicada a um objeto dividida pela sua área de seção transversal. Em matemática, é escrito como:

Tensão compressiva =Força ÷ Área

Quando a força é expressa em newtons (N) e a área em metros quadrados (m2), a unidade resultante de tensão de compressão é pascal (Pa). Devido às altas forças de compressão presentes em muitas aplicações, a tensão de compressão é geralmente expressa em quilopascais (kPa) ou megapascais (MPa) em engenharia e ciência de materiais.

Qual é a fórmula dimensional da tensão compressiva?

A fórmula dimensional para tensão de compressão é dada pela seguinte expressão:

[M][L]^-1[T]^-2

A análise dimensional é uma técnica matemática usada para examinar as dimensões ou unidades de medida de diferentes quantidades físicas para analisar e compreender as relações entre elas. As grandezas físicas envolvidas em um problema são expressas em termos de suas dimensões centrais, como comprimento, tempo, massa e temperatura.
A análise dimensional pode ajudar a garantir a precisão e consistência de cálculos e fórmulas, bem como agilizar as conversões de unidades, mantendo o controle das dimensões e unidades de medida dessas quantidades. Em comparação com outros sistemas de unidades, o sistema métrico ou a base 10 regular das unidades SI torna mais simples a conversão entre diferentes unidades dimensionais.

A tensão de compressão é definida como a força por unidade de área que atua sobre um material quando ele é comprimido. A fórmula é expressa como:

Tensão compressiva =Força / Área

Onde:

1. Força é a força aplicada.
2. Área é a área da superfície que está sendo comprimida.

A fórmula dimensional da força pode ser expressa como:

Força =m×a =kg × ms^-2 =[M][L][T]^-2

A unidade SI de massa, kg, é substituída pela dimensão de massa, M. A unidade SI de comprimento, m, é substituída pela dimensão de comprimento, L, e a unidade SI de tempo, s, pela dimensão de tempo, T.

A fórmula dimensional da área pode ser expressa como:

Área=m^2=[L]^2

Onde:

1. L é a dimensão do comprimento.

Substituindo essas fórmulas na fórmula da tensão de compressão, obtemos:

=Força / Área

=[M][L][T]^-2 / [L]^2

Simplificando esta expressão, podemos dividir a dimensão do comprimento no numerador pelo quadrado da dimensão do comprimento no denominador:

[M][L]^1÷[L]^2[T]^-2

=[M][L]^1-2[T]^-2

=[M][L]^-1[T]^-2

O que significa alta tensão compressiva?

Alta tensão de compressão significa que as forças de compressão são maiores do que uma substância ou estrutura pode suportar sem deformar ou falhar. O limite superior de alta tensão de compressão depende do material ou estrutura específica em consideração, bem como das circunstâncias de utilização. Um material ou estrutura pode deformar-se, deformar-se ou fraturar-se quando submetido a altas tensões de compressão. Na engenharia e na ciência dos materiais, as altas tensões de compressão são consideradas uma preocupação séria porque podem resultar em falhas estruturais e riscos de segurança em diversas aplicações.

O que é um exemplo de tensão compressiva?

Tensões de compressão podem ser observadas em aplicações de construção, onde o concreto é utilizado para construir estruturas. O concreto é conhecido por sua resistência à compressão, com resistência típica de 4.000–6.000 psi para concreto padrão e até 10.000 psi para graus de alta resistência. Um exemplo de tensão de compressão seria quando uma carga é colocada no topo de uma laje de concreto. A aplicação da força compressiva externa gera uma força igual e oposta dentro do concreto, à medida que os átomos que compõem a estrutura do concreto tentam manter suas distâncias interatômicas originais.

O aço é normalmente usado para reforçar estruturas de concreto. Aumenta a resistência à tração do material sem contribuir significativamente para a resistência à compressão. Os projetos de construção também podem se beneficiar do concreto emborrachado. O concreto emborrachado normalmente tem uma resistência à compressão menor do que o concreto normal. A adição de partículas de borracha à mistura de concreto diminui a densidade geral do material e tem impacto na forma como as partículas de cimento se interligam. O concreto emborrachado tem as vantagens adicionais de maior tenacidade, durabilidade e resistência ao impacto, ao mesmo tempo que demonstra resistência à compressão adequada para muitas aplicações.

Qual material tem maior tensão de compressão?

O aço tem maior resistência à compressão em comparação com materiais como alumínio, latão ou cobre devido ao seu maior módulo de elasticidade. O módulo de elasticidade é a medida da capacidade de um material de resistir à deformação elástica sob tensão. Um módulo mais alto significa que mais tensão pode ser aplicada antes do início da deformação plástica na compressão e subsequente falha. O aço também possui um alto grau de ductilidade. Esta propriedade permite dobrar e deformar sem rachar, mesmo quando sujeito a poderosas forças de compressão.

Qual material tem menor tensão de compressão?

Comparado a outros materiais, o concreto apresenta baixa resistência à compressão. Sua resistência à compressão é de cerca de 4.000–6.000 psi, que é inferior à do latão, cobre e aço. A menor resistência à compressão do concreto pode ser atribuída à sua composição. É um material composto feito de areia, cascalho, cimento e água. A maior parte da resistência do material é fornecida pelo agregado de areia/cascalho. O cimento serve como um agente de ligação para manter as partículas agregadas unidas. Porém, devido à sua porosidade, o concreto é mais propenso a quebrar ou fissurar quando submetido a forças de compressão.

Como testar a tensão compressiva?

Uma visão geral de como determinar a tensão de compressão é fornecida abaixo:

1. Preparação da amostra: Prepare uma amostra da substância a ser testada. Dependendo do método de teste e do tipo de material sendo testado, isso pode envolver corte, perfuração ou moldagem do material em um formato ou tamanho específico.
2. Configuração do teste: Coloque a amostra entre duas placas em um dispositivo de teste como parte da configuração do teste. As placas, normalmente feitas de aço, destinam-se a distribuir uniformemente a força de compressão pela superfície da amostra.
3. Carregando: Usando um aparelho de teste, tal como uma máquina de teste universal, uma carga compressiva é aplicada continuamente à amostra. O método de teste normalmente especifica a taxa de carregamento, que pode mudar dependendo do tipo de material que está sendo testado.
4. Medição de carga e deformação: O aparelho de teste mede a quantidade de força aplicada, bem como a deformação ou deslocamento da amostra à medida que a carga compressiva é aplicada a ela. Essas medições são usadas para calcular a tensão e deformação compressiva instantânea do material.
5. Falha e análise de dados: Uma carga crescente é aplicada até que a amostra falhe ou atinja uma carga predeterminada ou limite de deformação. A resistência à compressão do material é então determinada pela análise dos dados de teste.

Como calcular a tensão compressiva?

A fórmula para cálculo da tensão de compressão é expressa abaixo:

Tensão compressiva =Força / Área

Onde:

1. Tensão compressiva:A tensão que um material sofre como resultado de uma força compressiva.
2. Força:normalmente expressa em libras ou newtons, é a quantidade de pressão exercida sobre o material.
3. Área:normalmente expressa em polegadas quadradas ou metros quadrados, é a área da seção transversal do material perpendicular à direção da força.

Para calcular a tensão de compressão usando a fórmula, basta dividir a força de compressão pela área da seção transversal do material. É comum medir a tensão de compressão resultante em libras por polegada quadrada (psi) ou newtons por metro quadrado (N/m2).

Perguntas frequentes sobre estresse compressivo

Qual é a principal causa do estresse compressivo?

A principal fonte de tensão compressiva é a aplicação de uma força externa que pressiona ou comprime um material, resultando em uma redução no volume. Uma estrutura ou objeto pressionando um material ou a aplicação de uma força hidráulica ou mecânica são apenas algumas das maneiras pelas quais isso pode acontecer.

Quais são os possíveis efeitos do estresse compressivo?

A tensão compressiva pode fazer com que o material deforme, deforme ou quebre. Um material sofre tensão de compressão quando uma força é aplicada a ele. Essa tensão pode fazer com que o material deforme, esmague ou compacte. Dependendo da resistência e resiliência do material, as tensões de compressão podem causar deformação permanente ou falha de um componente ou estrutura.

É possível prevenir o estresse compressivo?

Não, a tensão compressiva não pode ser completamente evitada. Quando um objeto é comprimido ou pressionado, ocorre tensão de compressão. É um resultado normal de muitos processos físicos. Através de decisões cuidadosas de engenharia e projeto, como o uso de materiais mais resistentes à compressão ou a criação de estruturas que distribuam uniformemente a tensão, a tensão de compressão pode ser reduzida ou gerenciada.

Qual é a diferença entre tensão de tração e tensão de compressão?

A tensão de compressão ocorre quando um material é comprimido ou pressionado, enquanto a tensão de tração ocorre quando um material é separado ou esticado. A principal distinção entre os dois é que a tensão de tração separa os átomos do material, enquanto a tensão de compressão une o material. Na engenharia e na construção, onde os materiais precisam de ser escolhidos e projetados com base na sua capacidade de suportar determinados tipos de forças, é crucial compreender a distinção entre estes dois tipos de tensões.

Resumo

Este artigo apresentou a tensão de compressão, explicou o que é e discutiu as diversas fórmulas necessárias para calculá-la. Para saber mais sobre tensão compressiva, entre em contato com um representante da Xometry.
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Dean McClements

Dean McClements é graduado em Engenharia Mecânica com mais de duas décadas de experiência na indústria de manufatura. Sua jornada profissional inclui funções significativas em empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace e Hyster-Yale, onde desenvolveu um profundo conhecimento de processos e inovações de engenharia.

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