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 \varepsilon=0 até o limite de escoamento \varepsilon_y. Matematicamente, se aproximarmos a região elástica como linear,
U_r = \int_{0}^{\varepsilon_y}\sigma\,d\varepsilon \approx \frac{\sigma_y^2}{2E},
onde \sigma_y é a tensão de escoamento e 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 \varepsilon=0 até a deformação de fratura \varepsilon_f:
U_t = \int_{0}^{\varepsilon_f}\sigma\,d\varepsilon.
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 \varepsilon_y. Tenacidade é a energia total por volume absorvida até a fratura, dada pela área sob a curva completa até \varepsilon_f.
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.

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