04 (PETROBRÁS/2012 - Adaptada) Uma peça de engenharia, de geometria complexa, deve ser produzida a baixo custo. Ela deve possuir alta rigidez e alta tenacidade. Para atender a esses requisitos, o material adequado que um engenheiro seleciona é o:
(A) cerâmico ou compósito
(B) metal
(C) metal ou compósito
(D) polímero ou cerâmico
(E) compósito
Justifique sua escolha.

Passo 1

O enunciado pede um material que tenha
– alta rigidez (isto é, alto módulo de Young, denotado por E),
– alta tenacidade (grande área sob a curva tensão-deformação),
– permita geometrias complexas a baixo custo.
O conteúdo aqui é Seleção de Materiais, comparando classes (cerâmicos, metais, polímeros e compósitos) segundo propriedades mecânicas e viabilidade de manufatura.

Passo 2

Definimos rigidez como o módulo de Young E, que quantifica a relação tensão–deformação na região elástica. A tenacidade é dada pela energia absorvida até fratura, ou seja, a área sob a curva tensão versus deformação. Material ideal deve ter simultaneamente E elevado e tenacidade alta.

Passo 3

Cerâmicos têm E\text{ alto, mas tenacidade muito baixa (são frágeis).}ãá
Logo, descarta-se cerâmico puro.

Passo 4

Metais apresentam
E\text{ moderado (por exemplo, }210\,\text{GPa no aço), e tenacidade alta (grande ductilidade).}ç
Atendem tenacidade, mas no geral não alcançam o mesmo nível de rigidez de cerâmicos ou de certos compósitos.

Passo 5

Polímeros têm
E\text{ baixo (tipicamente abaixo de }5\,\text{GPa) e tenacidade moderada).}
Não satisfazem a alta rigidez.

Passo 6

Compósitos permitem combinar fibras de alto módulo (por exemplo, carbono com E>200\,\text{GPa}) e matriz tenaz, resultando em materiais com E\text{ elevado e tenacidade também elevada.}é
Além disso, processos de moldagem (injeção ou laminação) possibilitam peças de geometria complexa a baixo custo unitário em produção seriada.

Resposta

(E) compósito

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