O que leva um material a romper antes da resistência prevista pelas forças coesivas entre os átomos? Como é possível determinar a tensão crítica de uso de uma peça?

Passo 1

Beleza, vamos entender essa questão juntos! Você quer saber por que um material pode quebrar antes de atingir a resistência que esperamos com base nas forças que mantêm os átomos juntos. Além disso, quer saber como determinar a tensão crítica que uma peça pode suportar sem falhar. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre a estrutura dos materiais e como as tensões atuam neles.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre por que os materiais às vezes rompem antes do esperado. Mesmo que as forças coesivas entre os átomos nos deem uma ideia de quanta força um material pode aguentar, na prática, sempre encontramos imperfeições microscopicas, como fissuras ou inclusões. Essas imperfeições são como pequenos pontos fracos que facilitam a iniciação de uma trinca.

Passo 3

Quando aplicamos uma força a um material, essa força causa tensões internas. Se houver uma fissura, as tensões locais ao redor dela aumentam. Isso acontece porque a fissura altera a distribuição de tensões, concentrando mais força em uma área pequena. Mesmo que o material possa, teoricamente, suportar uma determinada tensão, essas concentrações podem fazer com que ele falhe antes.

Passo 4

Agora, para determinar a tensão crítica de uso de uma peça, precisamos levar em conta essas imperfeições e como elas influenciam a resistência do material. Utilizamos o conceito de fator de segurança, que é a relação entre a resistência real do material e a tensão máxima que a peça irá suportar no uso.

Passo 5

A fórmula básica para o fator de segurança (FS) é:
FS = sigmaresistênciasigmaaplicada ê
Onde:
  • ê é a tensão máxima que o material pode suportar sem falhar.
  • é a tensão que será realmente aplicada na peça durante o uso.

Passo 6

Para encontrar a tensão crítica de uso ( sigmacrítica = sigmaresistênciaFS í), rearranjamos a fórmula:
íê
Isso significa que a tensão crítica é a tensão máxima que a peça pode suportar com um fator de segurança adequado, garantindo que não ocorram falhas mesmo considerando as imperfeições presentes no material.

Resposta

Então, resumindo, materiais rompem antes da resistência teórica devido a imperfeições que concentraram tensões, e a tensão crítica de uso é determinada dividindo a resistência do material pelo fator de segurança escolhido, garantindo que a peça funcione de maneira segura no seu uso.

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