Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

Grade 11 → Propriedades da matéria → Elasticidade e deformação ↓


Módulo de elasticidade e aplicações


A elasticidade é a propriedade de um material de retornar à sua forma ou tamanho original após a remoção das forças que causam sua deformação. Cada material tem um ponto até o qual pode ser deformado sem danos permanentes, conhecido como limite elástico. Os materiais respondem ao estresse (força externa) de diferentes maneiras, dependendo da sua propriedade de elasticidade. Nesse contexto, o conceito de módulo de elasticidade torna-se importante, pois mede quantitativamente a resistência de um material a ser deformado quando aplicado o estresse.

Compreendendo a terminologia básica

Antes de nos aprofundarmos no conceito de módulo de elasticidade, vamos entender alguns termos básicos.

Tensão

O estresse é uma medida da força interna que as partículas de um material exercem umas sobre as outras. É definido como a força exercida por unidade de área do material.

Fórmula:

Estresse (σ) = Força (F) / Área (A)

O estresse é medido em pascals (Pa).

Deformação

A deformação mede a alteração de um material. É definida como uma mudança no tamanho ou forma em resposta ao estresse aplicado e não possui unidades.

Fórmula:

Deformação (ε) = Alteração no Comprimento (ΔL) / Comprimento Original (L₀)
Comprimento Original distorcido ΔL

Tipos de Módulos de Elasticidade

Os módulos elásticos definem a relação entre tensão e deformação. Eles são importantes para entender como diferentes materiais respondem sob várias forças. Os principais tipos de módulos elásticos são o módulo de Young, o módulo de cisalhamento e o módulo volumétrico.

1. Módulo de Young (E)

O módulo de Young é uma medida da capacidade de um material de resistir a uma mudança no comprimento quando está sujeito a tensão ou compressão ao longo de seu comprimento. Este módulo é relevante quando um material é comprimido ou esticado ao longo do seu comprimento.

Fórmula:

Módulo de Young (E) = Tensão / Deformação = (F/A) / (ΔL/L₀)

A unidade do módulo de Young é Pascal (Pa).

F tensão de tração

Aplicações do Módulo de Young

O módulo de Young é amplamente utilizado na engenharia e construção, especialmente na seleção de materiais para estruturas mecânicas e pontes. Seu valor ajuda a prever quanto uma estrutura se deformará sob uma determinada carga.

2. Módulo de Cisalhamento (G)

O módulo de cisalhamento, também chamado de módulo de rigidez, descreve a capacidade de um material de resistir a uma mudança de forma sem uma mudança de volume. É a relação entre a tensão de cisalhamento e a deformação de cisalhamento.

Fórmula:

Módulo de Cisalhamento (G) = Tensão de Cisalhamento / Deformação de Cisalhamento

O módulo de cisalhamento também é medido em pascals (Pa).

deformação por cisalhamento

Aplicações do Módulo de Cisalhamento

O módulo de cisalhamento é importante no cálculo da capacidade de materiais como vigas, paredes de cisalhamento e outros componentes estruturais de suportar forças de cisalhamento. Na engenharia sísmica, compreender o módulo de cisalhamento ajuda a avaliar como as estruturas reagirão às ondas de cisalhamento durante um terremoto.

3. Módulo Volumétrico (K)

O módulo volumétrico lida com a mudança no volume de um material em resposta à pressão uniforme aplicada de todos os lados. Ele mede a resistência de um material à compressão uniforme.

Fórmula:

Módulo Volumétrico (K) = Tensão Volumétrica / Deformação Volumétrica

Aqui, a tensão volumétrica é calculada pela pressão externa. Assim como outros módulos, o módulo volumétrico é medido em Pascals (Pa).

pressão uniforme

Aplicações do Módulo Volumétrico

O módulo volumétrico é importante no design e teste da resistência de submarinos ou navios a mudanças de pressão subaquáticas. Também é importante na previsão do comportamento de materiais imersos em fluidos sob alta pressão.

Fatores que afetam o módulo de elasticidade

Muitos fatores podem afetar o módulo de elasticidade de um material. Esses fatores incluem as propriedades intrínsecas do material, temperatura, estado e estrutura.

  • Composição do material: Diferentes materiais têm inerentemente diferentes módulos de elasticidade. Por exemplo, o aço geralmente tem um módulo de Young maior do que a borracha, refletindo sua maior resistência à tração.
  • Temperatura: A maioria dos sólidos se tornam menos rígidos e mais deformáveis à medida que a temperatura aumenta, resultando em uma diminuição no módulo.
  • Estado estrutural: O estado cristalino ou amorfo de um material pode afetar seu comportamento elástico. Estruturas cristalinas são geralmente mais estáveis ​​e menos deformáveis.

Implicações do Módulo de Elasticidade no Cotidiano

O módulo de elasticidade não é apenas um conceito teórico, mas também tem aplicações no mundo real que impactam segurança, eficiência e funcionalidade.

  • No design de equipamentos esportivos, os módulos de cisalhamento e de Young são considerados para otimizar a flexibilidade e resistência de equipamentos que vão desde raquetes de tênis a tacos de golfe, garantindo desempenho sem comprometer a durabilidade.
  • Em telecomunicações, materiais com propriedades elásticas específicas são usados na fabricação de cabos e estruturas de suporte para manter a estabilidade e o desempenho em longas distâncias.
  • Engenheiros civis dependem do entendimento dos critérios ao avaliar como diferentes tipos de solo suportarão edifícios, levando a um projeto seguro e sustentável de infraestrutura. Por exemplo, edifícios próximos a zonas sísmicas requerem materiais flexíveis, mas resistentes, para protegê-los de tremores repentinos.

Considerações Finais

O conceito de módulos de elasticidade é um pilar para muitos princípios e aplicações de engenharia. Ao medir como os materiais reagem a diferentes forças, cientistas e engenheiros podem prever comportamentos, projetar estruturas mais seguras e inovar com novos materiais. Compreender e aplicar esses princípios é essencial para o avanço da tecnologia e para garantir que a inovação humana permaneça segura, eficiente e sustentável.


Grade 11 → 3.2.2


U
username
0%
concluído em Grade 11

← Anterior (3.2.1)
Lei de Hooke e a relação tensão-deformação
Próximo (3.2.3) →
Deformação e limite de escoamento de sólidos

Comentários 



Módulo de elasticidade e aplicações

https://www.physicsflow.com/g11/3.2.2?pfal=pt