Módulo de Young Explicado: Definições-Chave, Valores Típicos e Exemplos Práticos

O módulo de Young é uma definição matemática/engenharia para um dos métodos mais simples de entender elasticidade. Elasticidade é a capacidade de um material sofrer mudança de forma quando uma força é aplicada 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 elástico para plástico ou frágil muito rapidamente, enquanto outros têm uma faixa elástica claramente definida antes que um processo interno de deslocamento atômico inicie uma fase plástica. Exemplos de valores do módulo de Young (em gigapascals, GPa) são: ABS (1,4–3,1 GPa), alumínio (69 GPa) e nylon (2–4 GPa).

Especificamente, o módulo de Young é uma medida da força por unidade de extensão, levando em conta a área da seção transversal. Esta medição é uma forma sistemática de definir o comportamento elástico de qualquer material, permitindo comparações entre tipos/famílias de materiais díspares. Este artigo descobrirá: O que é 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 conta a área da seção transversal. Esta medição é uma forma sistemática de definir o comportamento elástico de qualquer material, permitindo comparações entre tipos/famílias de materiais díspares.

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). Também é a unidade padrão de pressão.

Qual é um Exemplo do Módulo de Young?

Um exemplo clássico do uso do módulo de Young é no cálculo dos limites de trabalho seguros de cabos usados em guindastes, bondinhos e teleféricos. Uma boa compreensão do efeito da carga nesses cabos é importante para operá-los com segurança. Garantir que as cargas seguras nunca excedam a capacidade de limite elástico dos cabos é um parâmetro crítico de design/operacional, geralmente com um FdS (Fator de Segurança) 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 usada da capacidade elástica de muitos materiais. Os menores valores do módulo de Young são para materiais como borracha natural, a 0,01–0,1 GPa, enquanto os maiores valores são tipicamente para materiais de nanotubos de carbono (até 1.000 GPa). Outros exemplos são para metais obscuros (como 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 é em pascals ou gigapascals (Pa ou GPa). Em unidades americanas/imperiais, a pressão é expressa em libras por polegada quadrada (PSI).

Qual Material Tem o Maior Módulo de Young?

O diamante é considerado ter o maior módulo de Young em torno de 1.210 GPa. Um material identificado em vários meteoritos é um alótropo de carbono como diamante, mas em vez de ser cúbico em estrutura, é formado a partir de uma matriz de carbono hexagonal. Este material, chamado Lonsdaleita, ainda não existe em amostras grandes o suficiente para ser testado quanto ao módulo de Young, mas sabe-se que é mais duro e forte que o diamante.

O Que um Valor Alto do Módulo de Young Indica?

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

O Que um Valor Baixo do Módulo de Young Indica?

Um valor baixo do módulo de Young indica um material que sofre grande deformação (elástica) sob uma carga relativamente baixa. Tais materiais esticam facilmente. Borrachas naturais esticam muito facilmente, confirmado por um baixo valor do módulo de Young. Algumas borrachas de silicone têm valores de módulo de Young quase imensuravelmente baixos, esticando sob seu próprio peso.

Qual é o Símbolo do Módulo de Young?

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

Como o Módulo de Young é Determinado?

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

Dos valores de carga, extensão e área da seção transversal, dois valores podem ser calculados:

• Tensão, σ, é definida como a força por unidade de área. É calculada aplicando dois valores de carga para tensionar o fio sob teste e dividindo o Δ carga (o aumento de carga) pela área da seção transversal do fio: