1. Os átomos que circundam uma discordância em aresta sofrem que tipos de deformações?

Passo 1

O enunciado pergunta: “Os átomos que circundam uma discordância em aresta sofrem que tipos de deformações?”
Informações implícitas e relevantes que o enunciado dá: há uma discordância em aresta (edge dislocation) na rede cristalina e queremos descrever que deformações os átomos ao redor dessa linha de discordância apresentam.

Passo 2

Vamos primeiro entender, de forma bem concreta, o que é uma discordância em aresta. Imagine a rede cristalina vista de lado: existe um plano onde foi inserido um “meio-plano” extra de átomos — esse é o núcleo da discordância em aresta. A linha que percorre a ponta desse meio-plano é a linha da discordância. Uma maneira prática de identificar a discordância é fazer um circuito fechado ao redor dela: ao percorrer o circuito na rede perfeita deveria fechar, mas na presença da discordância ocorre uma falha de fechamento chamada vetor de Burgers \mathbf{b}. No caso da discordância em aresta, \mathbf{b} é perpendicular à linha de discordância.

Passo 3

Definindo direções para visualizar (essa definição é só para ficar mais claro; não altere o conceito):
  • Tome a linha da discordância ao longo do eixo \mathbf{t} (por exemplo, eixo z).
  • Tome o vetor de Burgers \mathbf{b} perpendicular a \mathbf{t} (por exemplo, ao longo do eixo x).
  • O “meio-plano” extra está, por exemplo, acima do plano y=0.
    Com essa imagem em mente, já dá pra imaginar como os átomos próximos mudam de posição.

Passo 4

Deformação por compressão na região do meio-plano extra:
O meio-plano adicional empurra os planos atómicos imediatamente acima dele, reduzindo o espaçamento entre átomos naquela região. Isso gera uma deformação normal de compressão (diminuição do espaçamento interatômico) na zona acima do plano onde está o meio-plano. Em termos intuitivos: há mais “material” empurrando para o mesmo espaço, então os átomos ficam mais perto — compressão local.

Passo 5

Deformação por tração (tensão) na região oposta:
Abaixo do plano onde falta o meio-plano (ou seja, na região em que o meio-plano não existe), há menos “matéria” empurrando os planos, então os espaçamentos ficam aumentados. Essa é uma deformação normal de tração (tensional) — os átomos ficam mais separados nessa região.

Passo 6

Deformação por cisalhamento (shear) ao redor do núcleo:
Além das deformações normais (compressão e tração), existe um componente de deslocamento tangencial: quando você circunda a discordância com um circuito, o fechamento falha por \mathbf{b}. Esse deslocamento de fechamento corresponde a um deslocamento relativo dos planos cristalinos — ou seja, há cisalhamento do reticulado nas proximidades. Em linguagem de tensões/cepas, aparecem componentes de cisalhamento (por exemplo \tau_{xy} e deformações \gamma_{xy}) que deformam em sentido de deslizamento os planos vizinhos.

Passo 7

Rotações e distorções do reticulado:
As gradientes de deslocamento provocam também pequenas rotações locais do reticulado (não é só alongar/comprimir: as linhas de átomos curvam-se e giram). Essas rotações são importantes quando se calcula a geometria completa do campo elástico em torno da discordância.

Passo 8

Comportamento longe e perto do núcleo (elasticidade vs. não-linearidade):
  • Em distâncias relativamente grandes do núcleo, as deformações são pequenas e podem ser tratadas pela elasticidade linear (campo elástico bem definido: compressão acima, tração abaixo, cisalhamento em torno).
  • Muito perto do núcleo (núcleo da discordância) as deformações ficam grandes e podem ocorrer rearranjos plásticos ou perda da validade da teoria elástica linear — aí há deformações intensas e possíveis quebras/reordenamentos atômicos.

Passo 9

Resumo físico-prático (como responder no exame):
Se você precisar responder de forma direta na prova, diga que os átomos sofrem: (i) compressão na região do meio-plano extra; (ii) tração/alongamento na região oposta; (iii) cisalhamento dos planos vizinhos; além de (iv) rotações locais do reticulado e distorções intensas no núcleo. Acrescente que essas deformações são elásticas longe do núcleo e intensas/não-lineares no núcleo.

Passo 10

Um exemplo rápido para fixar: imagine uma fileira de pedrinhas e você insere uma meia-fileira extra no topo — as pedrinhas acima dessa meia-fileira ficam espremidas (compressão), as abaixo ficam mais separadas (tração) e as linhas laterais escorregam ligeiramente (cisalhamento). É essa ideia que se passa numa discordância em aresta.

Resposta

Compressão dos átomos na região do meio-plano extra; tração (alongamento) dos átomos na região oposta; deformação por cisalhamento (deslizamento relativo dos planos) ao redor da linha; além de rotações e distorções locais do reticulado, com comportamento elástico longe do núcleo e deformações intensas/não-lineares no núcleo.

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