Diferencie Fratura Dúctil de Fratura Frágil baseando-se nos seguintes critérios:
Quantidade de energia absorvida.
Quantidade de energia absorvida.
Passo 1
O enunciado pede: diferenciar fratura dúctil e fratura frágil com base na quantidade de energia absorvida.
Informações relevantes que vamos usar (conceitos/medidas que aparecem normalmente quando se fala em energia absorvida):
Informações relevantes que vamos usar (conceitos/medidas que aparecem normalmente quando se fala em energia absorvida):
- Energia absorvida até a fratura pode ser medida como a área sob a curva tensão × deformação:
. - Existem ensaios práticos como o ensaio de impacto Charpy que medem a energia absorvida
(em joules). - Em mecânica da fratura usa-se também a energia de descontinuação
(ou a tenacidade à fratura ) como medida da energia necessária para propagar uma trinca.
O que vou explicar a seguir: o que significa essa energia (definição física), como se calcula de forma simples, e como ductilidade vs fragilidade aparecem em termos dessa energia.
Passo 2
O que é “energia absorvida” na prática (ideia física e fórmula).
- Quando um corpo é deformado, o agente externo realiza trabalho sobre ele; parte desse trabalho é armazenado elasticamente e parte é gasto em deformação plástica e processos de dano até a fratura. A quantidade total de trabalho por unidade de volume absorvida até a fratura é a área sob a curva tensão
deformação. - Formalmente:
onde
é a curva tensão (y) em função da deformação
(x) e
é a deformação no rompimento.
- Interpretação prática: quanto maior essa área, mais energia o material “aceita” absorver antes de partir.
Passo 3
Um exemplo simples para fixar a ideia (caso linear-elástico até a fratura).
- Se o material fosse linear-elástico até fraturar,
até . Então:
onde
é o módulo de elasticidade e
é a tensão de fratura.
- Mesmo esse exemplo simples mostra que
cresce com a tensão máxima e com a deformação até ruptura: materiais que suportam grande deformação ou grande tensão absorvem mais energia.
Passo 4
Como isso se traduz em diferenças práticas entre fratura dúctil e fratura frágil (como olhar a curva tensão–deformação).
- Fratura dúctil: a curva tensão–deformação apresenta escoamento e uma região plástica extensa antes da ruptura (grande
). A área sob a curva é grande → alto . Em ensaios de impacto, esses materiais mostram grandes valores de . Isso significa que, antes de partir, o material “dissipa” muita energia por deformação plástica e microcavitação; a fratura costuma ser acompanhada de redução de seção (necking) e crescimento estável de trincas. - Fratura frágil: a curva é quase linear até a fratura, com pouca ou nenhuma região plástica (pequeno
). A área sob a curva é pequena → baixo . Em ensaios de impacto, o valor é baixo. A fratura tende a ocorrer de forma rápida e instável, com pouca absorção de energia plástica.
Passo 5
Visão pela mecânica da fratura (parâmetros usados para quantificar “energia para propagar uma trinca”).
- Em mecânica da fratura define-se a taxa de energia liberada por crescimento de trinca
. Existe um valor crítico (energia por unidade de área) necessário para que a trinca propague. Materiais dúcteis têm alto; materiais frágeis têm baixo. - Em termos de fator de intensidade de tensões, o parâmetro crítico é
. Em muitas situações lineares:
onde
é um módulo apropriado (por exemplo
em tensão plana). Assim, maior
implica maior resistência à propagação de trinca (maior energia absorvida na fratura).
Passo 6
Resumo comparativo com linguagem direta e intuitiva (para lembrar na prova):
- Fratura dúctil = alta absorção de energia antes da ruptura → grande área sob a curva
- → alto , alto / . A fratura é precedida por muita deformação plástica. - Fratura frágil = baixa absorção de energia antes da ruptura → pequena área sob a curva
- → baixo , baixo / . A fratura é rápida e sem aviso por grande deformação plástica.
Passo 7
Como identificar em um ensaio prático (dicas rápidas para a prova):
- Se tiver uma curva tensão–deformação, calcule qualitativamente a área: se a parte plástica for grande, é dúctil; se a curva for quase uma linha reta até o pico, é frágil.
- Se o enunciado der um valor de energia absorvida no ensaio de impacto (ex.:
), valores altos indicam comportamento dúctil, valores baixos indicam comportamento frágil. - Se o enunciado der
ou : maior → dúctil; menor → frágil.
Passo 8
Palavras de incentivo (rapidinho): você já tem a regra prática que vale na maioria das provas — “dúctil = muito U; frágil = pouco U”. Use a curva tensão–deformação ou o valor do ensaio de impacto / tenacidade para justificar a resposta.
Resposta
Fratura dúctil: grande quantidade de energia absorvida antes da ruptura (alta tenacidade; grande área sob a curva tensão–deformação; altos
,
e
).
Fratura frágil: pequena quantidade de energia absorvida antes da ruptura (baixa tenacidade; pequena área sob a curva tensão–deformação; baixos ,
e
).
Fratura frágil: pequena quantidade de energia absorvida antes da ruptura (baixa tenacidade; pequena área sob a curva tensão–deformação; baixos