Um ensaio de impacto Charpy é realizado em uma amostra metálica para determinar sua tenacidade. O martelo pendular possui uma massa de 20 kg e um braço de comprimento
. Antes de atingir a amostra, o martelo é elevado a um ângulo de
em relação à posição vertical (ponto mais alto). Após o impacto, o martelo atinge uma altura correspondente a
. Calcule a energia absorvida pelo material.
Passo 1
Beleza, aqui o que o exercício diz: a gente tem um martelo-pêndulo de um ensaio Charpy com massa de 20 kg e braço de 0,9 m. Ele é erguido até 90° em relação à vertical (ou seja, fica horizontal) e, depois de bater na amostra, sobe até uma altura de 0,1 m. A parada é calcular quanta energia o material absorveu.
Conteúdo envolvido: energia potencial gravitacional ( ) e conservação de energia mecânica (a diferença de
antes e depois do impacto é justamente o que o material “comeu”).
Conteúdo envolvido: energia potencial gravitacional (
Passo 2
Primeiro, vamos achar a altura inicial
a que o martelo foi levantado. Num pêndulo, quando o braço de comprimento
fica a um ângulo
da vertical, a elevação em relação ao ponto mais baixo é
Aqui
Passo 3
Agora calculamos a energia potencial inicial
usando
com
Passo 4
Depois do impacto o martelo sobe até
m, então a energia potencial final é
Passo 5
A energia que o material absorveu é a diferença entre
e
(pela conservação da energia):
Resposta
A energia absorvida pelo material é aproximadamente
J.