Módulo de Young explicado:principais definições, valores típicos e exemplos práticos

O módulo de Young é uma definição matemática/de engenharia para um dos métodos mais simples de compreensão da elasticidade. Elasticidade é a capacidade de um material sofrer uma mudança de forma quando uma força é aplicada a ele e reverter à sua forma/dimensões originais quando a força é removida. Observe que todos os valores do módulo de Young são derivados da faixa elástica do comportamento carregado dos materiais. Alguns materiais não têm faixa elástica, outros passam de comportamento elástico para plástico ou frágil muito rapidamente, enquanto outros têm uma faixa elástica claramente definida antes de um processo interno de deslocamento atômico iniciar uma fase plástica. Exemplos de valores de módulo de Young (em gigapascais, GPa) são:ABS (1,4–3,1 GPa), alumínio (69 GPa) e náilon (2–4 GPa).

Especificamente, o módulo de Young é uma medida da elasticidade dos fios/fios. É difícil comparar ou mesmo desenvolver valores para secções transversais maiores ou mais complexas. Porém, é uma excelente ferramenta para análise relativa de amostras de materiais simples – permitindo uma análise detalhada dos efeitos dos métodos de processamento, agentes de liga e tratamentos térmicos, por exemplo. Este artigo descobrirá:Qual é exatamente o módulo de Young? Também definirá como o módulo é calculado e fornecerá alguns exemplos.

O que é o módulo de Young?

O módulo de Young é uma medida da força por unidade de extensão, levando em consideração a área da seção transversal. Esta medição é uma forma sistemática de definir o comportamento elástico de qualquer material, permitindo comparações entre diferentes tipos/famílias de materiais.

Qual é a unidade SI do módulo de Young?

Na forma SI, o módulo de Young é medido usando o pascal (Pa), ou mais comumente o gigapascal (GPa). É também a unidade padrão de pressão.

O que é um exemplo de módulo de Young?

Um exemplo clássico do uso do módulo de Young é no cálculo dos limites de trabalho seguro de cabos utilizados em guindastes, teleféricos e teleféricos. Uma boa compreensão do efeito do carregamento em tais cabos é importante para operá-los com segurança. Garantir que as cargas seguras nunca excedam a capacidade limite elástica dos cabos é um parâmetro crítico de projeto/operacional, geralmente com um FoS (Fator de Segurança) que é definido por avaliações de risco rigorosas e pode estar entre 1,5 e 10.

Quais são os valores do módulo de Young?

Os valores do módulo de Young cobrem uma faixa enorme, mas ainda fornecem uma medida bem utilizada da capacidade elástica de muitos materiais. Os valores mais baixos do módulo de Young são para materiais como borracha natural, de 0,01 a 0,1 GPa, enquanto os valores mais altos são normalmente para materiais de nanotubos de carbono (até 1.000 GPa). Outros exemplos são para metais obscuros (como o irídio, 570 GPa) e para aços cuidadosamente ligados e tratados termicamente usados ​​na fabricação de molas (até 220 GPa).

Como os valores do módulo de Young são expressos?

O módulo de Young é expresso como pressão. No sistema métrico, isso está em pascais ou gigapascais (Pa ou GPa). Nas unidades americanas/imperiais, a pressão é expressa em libras por polegada quadrada (PSI)

Qual material tem o módulo de elasticidade mais alto?

O diamante é considerado como tendo o módulo de Young mais alto, em torno de 1.210 GPa. Um material identificado em vários meteoritos é um alótropo de carbono como um diamante, mas em vez de ter estrutura cúbica, é formado a partir de uma matriz hexagonal de carbono. Este material, chamado Lonsdaleite, ainda não existe em amostras grandes o suficiente para ser testado o módulo de Young, mas é conhecido por ser mais duro e mais forte que o diamante.

O que indica um valor grande do módulo de Young?

Um alto valor do módulo de Young indica a alta rigidez de um material e sua resistência à deformação (elástica) sob carga. Um valor elevado do módulo de Young indica um material que não estica facilmente.

O que indica um valor de módulo de Young pequeno?

Um valor baixo do módulo de Young indica um material que sofre grande deformação (elástica) sob uma carga relativamente baixa. Esses materiais esticam facilmente. As borrachas naturais esticam com muita facilidade, o que é confirmado pelo baixo valor do módulo de Young. Algumas borrachas de silicone têm valores de módulo de Young quase incomensuravelmente baixos, esticando sob seu próprio peso.

Qual é o símbolo do módulo de Young?

O módulo de Young é expresso como E maiúsculo (Epsilon) ou, menos comumente, Y (Young).

Como é determinado o módulo de Young?

O módulo de Young é determinado suspendendo um fio/fio/fio de área de seção transversal uniforme a partir de um ponto forte e carregando a extremidade inferior com peso suficiente para simplesmente endireitá-lo. Os pesos são então adicionados e as medições de extensão são feitas. É importante validar que o limite elástico do material não é excedido, ou os números incluirão alguma deformação plástica e serão inválidos como teste informativo.

A partir dos valores de carga, extensão e área da seção transversal, dois valores podem ser calculados:

• A tensão, σ, é definida como a força por unidade de área. Isto é calculado aplicando dois valores de carga para tensionar o cordão sob teste e dividindo a carga Δ (o aumento da carga) pela área da seção transversal do cordão: