Descubra e explique porque o metal amorfo apresenta um alto coeficiente de restituição comparado com a de um material metálico cristalino.
Passo 1
Beleza, o exercício manda a gente descobrir por que um metal amorfo (tipo vidro metálico) tem um coeficiente de restituição maior que um metal cristalino comum. O assunto aqui é Ciência dos Materiais / Mecânica — mais especificamente energia elástica versus energia dissipada em impactos. Pra resolver, a gente vai precisar:
- Saber o que é coeficiente de restituição (e como ele se relaciona com energia elástica e plástica).
- Entender diferenças estruturais entre metal cristalino e metal amorfo.
- Aplicar conceito de deformação elástica vs plástica e ver como isso afeta o coeficiente de restituição.
Passo 2
Primeiro, definindo coeficiente de restituição
. É a razão entre velocidade de separação e velocidade de aproximação num choque unidimensional, mas em termos de energia dá pra escrever:
Ou seja, quanto mais energia voltar como energia elástica (ao invés de vira calor/plástico), maior é o
.
Passo 3
Agora, o metal cristalino: ele tem estrutura formada por um arranjo ordenado de átomos e vários defeitos cristalinos, especialmente discordâncias (dislocações).
• Quando você bate num metal cristalino, parte da deformação é elástica (liga as “molas” atômicas) e parte é plástica (as discordâncias escorregam).
• Esse escorregamento consome energia internamente (atrito de discordações, calor, microfissuras), ou seja, muita energia do impacto não “volta” no salto da bola ou da peça.
• Logo, o coeficiente de restituição cai porque é grande.
• Quando você bate num metal cristalino, parte da deformação é elástica (liga as “molas” atômicas) e parte é plástica (as discordâncias escorregam).
• Esse escorregamento consome energia internamente (atrito de discordações, calor, microfissuras), ou seja, muita energia do impacto não “volta” no salto da bola ou da peça.
• Logo, o coeficiente de restituição cai porque
Passo 4
Já o metal amorfo (vidro metálico):
• Não tem rede cristalina nem discordações. A estrutura é uma bagunça atômica, mas muito uniforme em nível microscópico.
• Sob impacto, ele se deforma quase que só elasticamente — os átomos apenas se afastam e voltam pro lugar quando a força some.
• Quase não tem mecanismos de dissipação interna (praticamente nada de escorregamento de discordações ou fricção interna).
• Então, quase toda energia do choque vai pra deformação elástica e depois é devolvida, resultando em um bem alto.
• Não tem rede cristalina nem discordações. A estrutura é uma bagunça atômica, mas muito uniforme em nível microscópico.
• Sob impacto, ele se deforma quase que só elasticamente — os átomos apenas se afastam e voltam pro lugar quando a força some.
• Quase não tem mecanismos de dissipação interna (praticamente nada de escorregamento de discordações ou fricção interna).
• Então, quase toda energia do choque vai pra deformação elástica e depois é devolvida, resultando em um
Resposta
Metal amorfo tem coeficiente de restituição maior porque, sem discordações e defeitos cristalinos, ele praticamente não dissipa energia em deformação plástica, devolvendo quase toda energia do impacto como energia elástica.