Explique por que, em ensaios mecânicos, usamos tensão e deformação ao invés de carga e deslocamento diretamente.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente recebeu a seguinte pergunta: “Explique por que, em ensaios mecânicos, usamos tensão e deformação ao invés de carga e deslocamento diretamente.” Isso está na área de mecânica dos materiais, especificamente em ensaios mecânicos. Para responder, vamos precisar entender o que são tensão, deformação, carga e deslocamento, além de saber por que é melhor usar uns em vez dos outros nesses testes.
Passo 2
Primeiro, vamos definir os termos. Carga (ou força) é basicamente a força que aplicamos em um material durante um ensaio. Imagine puxar uma barra de metal com as mãos; a força que você aplica é a carga. Deslocamento é o quanto essa barra se estica ou encurta quando você aplica a carga. Ou seja, é a mudança no comprimento da barra.
Passo 3
Agora, a tensão é a carga distribuída pela área da seção transversal do material. Ou seja, ela nos diz quanto de força está atuando em cada pedacinho da área. A fórmula para tensão (
) é:
onde
é a carga e
é a área.
Já a deformação (ou strain) é a mudança relativa no comprimento do material, sem considerar o tamanho original. Ela nos dá uma ideia de quanto o material está se deformando proporcionalmente ao seu tamanho. A fórmula para deformação (
) é:
onde
é a mudança no comprimento e
é o comprimento original.
Passo 4
Então, por que usar tensão e deformação ao invés de carga e deslocamento? A principal razão é que tensão e deformação são propriedades intensivas, ou seja, elas não dependem do tamanho ou da forma do material. Isso significa que, se você tiver duas barras com geometrias diferentes, mas feitas do mesmo material, elas terão os mesmos valores de tensão e deformação quando submetidas às mesmas condições de carregamento.
Passo 5
Por outro lado, carga e deslocamento são propriedades extensivas, ou seja, elas dependem do tamanho e da forma do material. Se você dobrar o tamanho da barra, a carga necessária para dobrá-la também dobra, assim como o deslocamento. Isso dificulta a comparação entre materiais ou entre diferentes amostras do mesmo material.
Passo 6
Além disso, usando tensão e deformação, conseguimos caracterizar as propriedades do material de forma padronizada. Por exemplo, o módulo de elasticidade, que é a relação entre tensão e deformação, é uma propriedade fundamental que indica a rigidez do material:
Isso facilita muito o trabalho de engenheiros e cientistas ao comparar materiais ou ao projetar estruturas.
Resposta
Em resumo, em ensaios mecânicos, usamos tensão e deformação porque elas são propriedades intensivas que não dependem do tamanho ou forma do material, permitindo uma caracterização padronizada e comparável das propriedades dos materiais. Já carga e deslocamento são extensivas e variam com o tamanho e a geometria, o que dificulta a comparação e a análise das características intrínsecas do material.