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

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Deformação e limite de escoamento de sólidos


Quando falamos sobre deformação e limite de escoamento de sólidos, estamos essencialmente explorando o conceito de como as substâncias reagem quando uma força é aplicada a elas. Este é um tópico importante no campo da física, especialmente no estudo da elasticidade e das propriedades dos materiais. Vamos entender esses conceitos em profundidade, dividindo-os em componentes simples e compreensíveis.

O que é deformação?

Deformação é o que acontece a um material quando uma força externa é aplicada a ele, causando a mudança de seu tamanho ou forma. Os materiais reagem de maneira diferente a essas forças, dependendo de suas propriedades. A deformação pode ser temporária, significando que o material retorna à sua forma original assim que a força é removida, ou pode ser permanente.

Imagine um elástico. Quando você o estica, sua forma muda, mas assim que você o solta, ele retorna à sua forma original. Este é um exemplo de deformação temporária. Compare com dobrar um fio de metal até que ele fique permanentemente dobrado; isto é deformação permanente.

Força aplicada Original esticado

Tipos de deformação

A distorção pode ser classificada em dois tipos principais:

1. Deformação elástica

A deformação elástica é reversível. Quando a força é removida, o material retorna à sua forma original. Isso acontece quando você aperta uma mola ou estica um elástico, e depois o solta.

2. Deformação plástica

A deformação plástica é irreversível. Quando um material é deformado por uma força, ele não retorna à sua forma original. Pense em dobrar uma colher de metal; uma vez que está dobrada, permanece assim.

Tanto a deformação elástica quanto a plástica dependem muito das propriedades do material e da maneira como os átomos ou moléculas do material estão ligados.

Entendendo o limite de escoamento

O limite de escoamento é a quantidade de tensão ou força que um material pode suportar sem sofrer deformação permanente. Ele representa o limite até o qual o material se deformará elasticamente. Além deste ponto, chamado de ponto de escoamento, o material se deforma plasticamente.

ponto de escoamento Tensão deformação

Em termos práticos, engenheiros usam o limite de escoamento de um material para garantir que estruturas como pontes, edifícios e máquinas não falhem sob cargas esperadas. Ao escolher materiais com o limite de escoamento adequado, eles podem projetar estruturas que permanecem seguras e funcionais.

Lei de Hooke e elasticidade

Um dos princípios fundamentais que descrevem o comportamento de materiais deformáveis é a lei de Hooke. Nomeada em homenagem ao físico britânico do século XVII Robert Hooke, esta lei afirma que para pequenas deformações, a força necessária para esticar ou comprimir uma mola é proporcional à mudança de comprimento. Em termos matemáticos, a lei de Hooke é escrita como:

F = k * Δx

Onde:

  • F é a força aplicada sobre o objeto,
  • k é a constante da mola, que é uma medida da rigidez da mola/material,
  • Δx é a mudança de comprimento.

Essa relação linear é válida até que o material atinja seu limite elástico, além do qual o material pode se comportar como plástico.

Tensão e deformação

Para entender completamente a deformação, é importante compreender os conceitos de tensão e deformação.

Tensão

Tensão é a força exercida sobre um material na área em que ela é aplicada. Ela é definida como:

Tensão = Força / Área

Ela geralmente é medida em pascais (Pa), que é igual a um newton por metro quadrado.

Deformação

A deformação, por outro lado, é a medida da deformação experimentada pelo corpo na direção da força aplicada. Em termos simples, é a razão entre a mudança de comprimento e o comprimento original:

Deformação = Mudança de Comprimento / Comprimento Original

A deformação é uma quantidade adimensional, pois é a razão entre dois comprimentos.

Módulo de elasticidade

A relação entre tensão e deformação na região elástica dos materiais é representada pelo módulo de elasticidade, também conhecido como módulo de Young. É uma medida de quanto um material se estica ou contrai sob uma força aplicada.

Módulo de Elasticidade (E) = Tensão / Deformação

Exemplos reais de deformação e limite de escoamento

Para entender melhor os conceitos de deformação e limite de escoamento, vamos considerar situações do mundo real.

Materiais de construção

Na construção de edifícios, os materiais utilizados devem ter um alto limite de escoamento para suportar cargas pesadas sem se deformar permanentemente. Por exemplo, o aço é comumente usado devido ao seu alto limite de escoamento e à sua capacidade de retornar à forma original após ser estressado dentro dos limites.

Design automotivo

A indústria automobilística projeta a estrutura e os componentes de um carro usando materiais com limites de escoamento específicos que maximizam a segurança e o desempenho. O objetivo é absorver o máximo de energia possível durante uma colisão, mantendo a integridade estrutural do compartimento dos passageiros.

Vamos considerar as zonas de deformação em carros. Elas são projetadas para se deformar (passar por deformação plástica) de maneira controlada para absorver a energia de uma colisão, reduzindo as forças transferidas para os ocupantes.

zona de deformação Compartmento do Motor

Material esportivo

Nos esportes, os materiais são selecionados com base em como eles se deformam. Por exemplo, as cordas de raquete de tênis devem ter a elasticidade adequada para deformar e recuperar-se rapidamente o suficiente para imprimir giro e velocidade à bola de tênis. Materiais como grafite e fibras de alta resistência são usados na fabricação de raquetes devido às suas propriedades favoráveis de tensão-deformação.

Fatores que afetam a deformação e o limite de escoamento

Vários fatores afetam o processo de deformação de um material e seu limite de escoamento:

  • Temperatura: Em temperaturas mais altas, o material pode se tornar mais flexível e dúctil sob tensões menores.
  • Taxa de aplicação de carga: A aplicação rápida de força pode produzir um comportamento de deformação diferente do que uma força aplicada lentamente.
  • Estrutura do material: O arranjo e o tipo de átomos em um material afetam significativamente seu limite de escoamento.

Teste de limite de escoamento

Na engenharia, é importante determinar com precisão o limite de escoamento de um material. Isso geralmente é feito por meio de testes padronizados, como o teste de tração. No teste de tração, uma amostra do material é esticada até que ela se deforme plasticamente para determinar o ponto de escoamento, a resistência máxima à tração e o ponto de ruptura.

Resistência Máxima à Tração (UTS) = Máxima Tensão que o Material Pode Suportar

Conclusão

A deformação e o limite de escoamento de sólidos são conceitos fundamentais na física e engenharia, importantes para o design e análise de estruturas e materiais. Entender como os materiais reagem a forças externas ajuda os engenheiros a garantir segurança e funcionalidade em uma variedade de aplicações, de arranha-céus a equipamentos esportivos. Ao reconhecer os limites da elasticidade e o início da deformação plástica, pode-se tomar decisões informadas sobre a seleção de materiais para usos específicos.


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