Se você empurrar as pontas de uma haste de borracha uma em direção à outra, estará aplicando umcompressãoforça e pode encurtar a haste em alguma quantidade. Se você puxar as pontas uma da outra, a força é chamadatensão,e você pode esticar a haste longitudinalmente. Se você puxar uma extremidade em sua direção e a outra para longe de você, usando o que é chamado detesouraforça, a haste se estende diagonalmente.
Módulo elástico (E) é uma medida da rigidez de um material sob compressão ou tensão, embora haja também um módulo de cisalhamento equivalente. É uma propriedade do material e não depende da forma ou do tamanho do objeto.
Um pequeno pedaço de borracha tem o mesmo módulo de elasticidade que um pedaço grande de borracha.Módulo elástico, também conhecido como módulo de Young, em homenagem ao cientista britânico Thomas Young, relaciona a força de apertar ou esticar um objeto com a mudança resultante no comprimento.
O que são estresse e tensão?
Estresse (σ) é a compressão ou tensão por unidade de área e é definida como:
\ sigma = \ frac {F} {A}
Aqui, F é a força e A é a área da seção transversal onde a força é aplicada. No sistema métrico, a tensão é comumente expressa em unidades de pascais (Pa), newtons por metro quadrado (N / m2) ou newtons por milímetro quadrado (N / mm2).
Quando a tensão é aplicada a um objeto, a mudança na forma é chamadacepa.Em resposta à compressão ou tensão,tensão normal (ε) é dado pela proporção:
\ epsilon = \ frac {\ Delta L} {L}
Neste caso Δeué a mudança no comprimento eeué o comprimento original. Tensão normal, ou simplesmentecepa, é adimensional.
A diferença entre a deformação elástica e plástica
Contanto que a deformação não seja muito grande, um material como a borracha pode esticar e voltar à sua forma e tamanho originais quando a força é removida; a borracha experimentouelásticodeformação, que é uma mudança reversível de forma. A maioria dos materiais pode suportar alguma quantidade de deformação elástica, embora possa ser pequena em um metal duro como o aço.
Se a tensão for muito grande, no entanto, um material sofreráplásticodeformação e mudar permanentemente de forma. O estresse pode até aumentar a ponto de um material se quebrar, como quando você puxa um elástico até que ele se parta em dois.
Usando a fórmula do módulo de elasticidade
A equação do módulo de elasticidade é usada apenas sob condições de deformação elástica por compressão ou tensão. O módulo de elasticidade é simplesmente tensão dividida pela deformação:
E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon}
com unidades de pascais (Pa), newtons por metro quadrado (N / m2) ou newtons por milímetro quadrado (N / mm2). Para a maioria dos materiais, o módulo de elasticidade é tão grande que normalmente é expresso como megapascais (MPa) ou gigapascais (GPa).
Para testar a resistência dos materiais, um instrumento puxa as pontas de uma amostra com força cada vez maior e mede a mudança resultante no comprimento, às vezes até que a amostra se quebre. A área da seção transversal da amostra deve ser definida e conhecida, permitindo o cálculo da tensão a partir da força aplicada. Os dados de um teste em aço-carbono, por exemplo, podem ser plotados como uma curva tensão-deformação, que pode então ser usada para determinar o módulo de elasticidade do aço.
Módulo elástico de uma curva de tensão-tensão
A deformação elástica ocorre em baixas tensões e é proporcional à tensão. Em uma curva tensão-deformação, esse comportamento é visível como uma região em linha reta para deformações menores que cerca de 1 por cento. Portanto, 1 por cento é o limite elástico ou o limite de deformação reversível.
Para determinar o módulo de elasticidade do aço, por exemplo, primeiro identifique a região de elasticidade deformação na curva tensão-deformação, que agora você vê se aplica a deformações inferiores a cerca de 1 por cento, ouε= 0.01. A tensão correspondente nesse ponto éσ= 250 N / mm2. Portanto, usando a fórmula do módulo de elasticidade, o módulo de elasticidade do aço é
E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon} = \ frac {250} {0,01} = 25.000 \ texto {N / mm} ^ 2