20 Qual a diferença entre resiliência e tenacidade de um material? Indique possíveis aplicações destas características em um produto.
Passo 1
O enunciado pede para diferenciarmos duas propriedades mecânicas de um material – resiliência e tenacidade – usando a curva tensão–deformação e, em seguida, indicar aplicações práticas para cada uma delas. Para isso vamos recorrer ao conceito de energia de deformação armazenada numa amostra submetida a carregamento.
Passo 2
A resiliência de um material é a capacidade de armazenar energia elástica por unidade de volume quando ele é carregado até o limite de escoamento e depois recuperar essa energia ao descarregar. Graficamente, é a área sob a curva tensão–deformação desde
até o limite de escoamento
. Matematicamente, se aproximarmos a região elástica como linear,
onde
é a tensão de escoamento e
o módulo de Young.
Passo 3
A tenacidade de um material é a capacidade de absorver energia por unidade de volume até a fratura. Graficamente, é a área total sob toda a curva tensão–deformação, de
até a deformação de fratura
:
Quanto maior essa área, mais energia o material dissipa antes de romper.
Passo 4
Em resumo, resiliência mede a energia elástica recuperável até o escoamento, enquanto tenacidade mede a energia total absorvida até fratura. Um material pode ter alta resiliência (guardar e devolver bastante energia sem deformar plasticamente) mas baixa tenacidade (romper logo após o escoamento), ou vice-versa.
Passo 5
Como aplicações, para componentes que sofrem choques repetidos e precisam “bombear” energia de volta sem deformar—como molas de relógio, brinquedos com mecanismo de salto ou equipamentos de medição de força—busca-se alta resiliência. Já em peças que devem resistir a impactos fortes sem romper—como para-choques de automóvel, capacetes de segurança, estruturas metálicas em pontes ou cascos navais—prioriza-se alta tenacidade para dissipar energia até o final sem fratura repentina.
Resposta
Resiliência é a energia elástica por volume armazenada até o escoamento, representada pela área sob a curva tensão–deformação até
. Tenacidade é a energia total por volume absorvida até a fratura, dada pela área sob a curva completa até
.
Exemplo de aplicação de resiliência: molas de relógio e dispositivos de medição sujeitos a ciclos de carga-descarga.
Exemplo de aplicação de tenacidade: para-choques de carro, capacetes e elementos estruturais sujeitos a impactos severos.
Exemplo de aplicação de resiliência: molas de relógio e dispositivos de medição sujeitos a ciclos de carga-descarga.
Exemplo de aplicação de tenacidade: para-choques de carro, capacetes e elementos estruturais sujeitos a impactos severos.