Descobrir quanta força um objeto pode tolerar antes de quebrar é útil em muitas situações, especialmente para engenheiros. Isso deve ser determinado com base em resultados experimentais, que envolvem essencialmente a exposição do material a quantidades crescentes de força até que ele se quebre ou dobre permanentemente. Mas realizar os cálculos reais para calcular a resistência à flexão de um material pode parecer realmente desafiador. Felizmente, desde que você tenha as informações certas em mãos, você pode fazer o cálculo facilmente.
Definição de resistência à flexão
Resistência à flexão (ou o módulo de ruptura) é a quantidade de força que um objeto pode suportar sem quebrar ou se deformar permanentemente. Se for difícil entender, pense em uma tábua de madeira apoiada em duas extremidades.
Se você quiser saber o quão forte é a madeira, uma forma de testar seria empurrar cada vez mais forte no centro da prancha até que ela se partisse. A força máxima de empuxo que a madeira pode suportar antes de quebrar é a sua resistência à flexão. Se outro pedaço de madeira fosse mais forte, ele suportaria uma força maior antes de quebrar.
A resistência à flexão realmente diz a quantidade máxima de tensão que o material pode suportar (então você pode ver referências a "Tensão de flexão" também), e é cotada como uma força (em newtons ou libras-força) por unidade de área (em metros quadrados ou quadrados polegadas).
Testes de três ou quatro pontos
Existem dois métodos de teste de resistência à flexão, mas eles são muito semelhantes. Uma longa amostra retangular do material é apoiada em suas extremidades, de modo que não há suporte no meio, mas as extremidades são resistentes. Uma carga ou força é então aplicada à seção do meio até que o material se quebre.
Para três pontos No teste de resistência à flexão, uma carga continuamente crescente é aplicada no centro da amostra até que haja uma quebra ou dobra permanente no material. Uma máquina de teste de flexão pode aplicar quantidades crescentes de força e registrar com precisão a quantidade de força no ponto de quebra.
UMA quatro pontos o teste de flexão é muito semelhante, exceto que a carga é aplicada em dois pontos simultaneamente, novamente em direção ao centro da amostra. É mais fácil calcular a resistência à flexão quando uma carga ou força é aplicada a um terço do caminho entre os suportes e a segunda é aplicada a dois terços do caminho entre eles. Portanto, neste exemplo, o terço intermediário da amostra teria forças aplicadas em qualquer um dos lados.
Teste de cálculo de resistência à flexão de três pontos
Para um teste de três pontos, a resistência à flexão (dado o símbolo σ) pode ser calculado usando:
σ = 3FL / 2wd2
Isso pode parecer assustador no início, mas depois que você souber o que cada símbolo significa, é uma equação bastante simples de usar.
F significa a força máxima aplicada, eu é o comprimento da amostra, C é a largura da amostra e d é a profundidade da amostra. Então, para calcular a resistência à flexão (σ), multiplique a força pelo comprimento da amostra e, em seguida, multiplique por três. Em seguida, multiplique a profundidade da amostra por ela mesma (ou seja, eleve ao quadrado), multiplique o resultado pela largura da amostra e, em seguida, multiplique por dois. Finalmente, divida o primeiro resultado pelo segundo.
Em unidades SI, comprimentos, larguras e profundidades serão medidos em metros, enquanto a força será medida em newtons, com resultado em pascais (Pa), ou newtons por metro quadrado. Em unidades imperiais, comprimentos, larguras e profundidades serão medidos em polegadas, e a força será medida em libras-força, resultando em libras por polegada quadrada.
Teste de cálculo de resistência à flexão de quatro pontos
O teste de quatro pontos usa os mesmos símbolos que o cálculo do teste de três pontos. Mas com a suposição de que as duas cargas ou forças são aplicadas de modo que dividem a amostra em três, parece muito mais simples:
σ = FL / wd2
Observe que isso é exatamente igual à fórmula de tensão de flexão para testes de três pontos, mas sem o fator de 3/2. Então, basta multiplicar a força aplicada pelo comprimento e, em seguida, dividir isso pela largura do material, multiplicado pela profundidade ao quadrado.