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:
- Diminuição da velocidade de onda longitudinal
, pois o caminho efetivo da onda passa por zonas menos rígidas. - Redução da frequência ressonante do corpo de prova (pitch mais grave), já que a frequência natural de vibração de um corpo depende de
. - Aumento da atenuação (decay mais rápido do sinal), refletindo maior amortecimento e menor fator de qualidade
.
Passo 4
A ligação entre velocidade de onda e módulo elástico dinâmico é dada por
onde
é a densidade do material e
é o módulo de Young dinâmico (para velocidades longitudinais). Logo, se o dano térmico faz
diminuir, então
também cai. Analogamente, o módulo de cisalhamento dinâmico
se obtém por
onde
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
a queda na velocidade
reflete diretamente numa redução dos módulos elásticos dinâmicos do material.