Como se altera o som de um corpo de prova de material refratário após sofrer dano por choque térmico? Como esta alteração no som está correlacionada com alterações nos módulos elásticos?

Passo 1

O enunciado pergunta como o som de um corpo de prova de material refratário se modifica após dano por choque térmico e de que forma essa modificação acústica se relaciona com alterações nos módulos elásticos. Aqui vamos usar conceitos de propagação de ondas elásticas em meios sólidos, correlação entre velocidade de propagação e módulos elásticos e efeitos de defeitos internos (microtrincas) na atenuação e frequência ressonante.

Passo 2

Quando um refratário sofre choque térmico, surgem microtrincas e fissuras internas devido às grandes variações de temperatura e à dilatação térmica desigual. Essas trincas aumentam a heterogeneidade do meio, gerando zonas de descontinuidade que:
  • reduzem a rigidez efetiva local,
  • aumentam a dissipação interna (amortecimento),
  • promovem dispersão e reflexão de ondas elásticas.

Passo 3

Do ponto de vista acústico, as consequências são:
  1. Diminuição da velocidade de onda longitudinal V, pois o caminho efetivo da onda passa por zonas menos rígidas.
  2. Redução da frequência ressonante do corpo de prova (pitch mais grave), já que a frequência natural de vibração de um corpo depende de V.
  3. Aumento da atenuação (decay mais rápido do sinal), refletindo maior amortecimento e menor fator de qualidade Q.

Passo 4

A ligação entre velocidade de onda e módulo elástico dinâmico é dada por
E_d = \rho\,V^2
onde \rho é a densidade do material e E_d é o módulo de Young dinâmico (para velocidades longitudinais). Logo, se o dano térmico faz V diminuir, então E_d também cai. Analogamente, o módulo de cisalhamento dinâmico G_d se obtém por
G_d = \rho\,V_t^2
onde V_t é a velocidade de onda transversa. Assim, qualquer redução nas velocidades de onda devido a trincas implica redução nos módulos elásticos medidos dinamicamente.

Resposta

Após choque térmico o som do refratário fica mais “gordo” (pitch mais grave), com menor frequência ressonante e decaimento mais rápido (mais amortecido). Isso ocorre porque as microtrincas reduzem a velocidade de propagação das ondas elásticas e aumentam o amortecimento. Pela relação
E_d = \rho\,V^2
a queda na velocidade V reflete diretamente numa redução dos módulos elásticos dinâmicos do material.

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