Em uma perspectiva atômica, explique as deformações elástica e plástica em metais. Qual a principal diferença entre ambas.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra gente explicar, do ponto de vista atômico, o que rola na deformação elástica e na deformação plástica em metais e dizer qual é a principal diferença entre elas. Estamos na área de resistência dos materiais (propriedades mecânicas de metais) e, pra isso, vamos precisar entender:
- Como os átomos se “prendem” uns aos outros (ligações atômicas se comportando como molas),
- o que é a Lei de Hooke no nível atômico (deformação elástica),
- o que são dislocações e como elas escorregam (deformação plástica).
Passo 2
Deformação elástica (visão atômica)
Quando você aplica uma carga leve num metal, cada átomo é deslocado só um pouquinho da sua posição de equilíbrio dentro da rede cristalina. Imagina cada ligação atômica como uma mola: quanto você puxa, ela estica; quando solta, ela volta ao tamanho original. Matematicamente, pra pequenas deformações, vale a Lei de Hooke:
Quando você aplica uma carga leve num metal, cada átomo é deslocado só um pouquinho da sua posição de equilíbrio dentro da rede cristalina. Imagina cada ligação atômica como uma mola: quanto você puxa, ela estica; quando solta, ela volta ao tamanho original. Matematicamente, pra pequenas deformações, vale a Lei de Hooke:
onde
• é a tensão (stress),
• é o módulo de Young (rigidez do “molinha” atômica),
• é a deformação (strain).
No nível atômico isso equivale a
•
•
•
No nível atômico isso equivale a
com
sendo a “constante da mola” atômica e
o deslocamento em relação à posição de equilíbrio. Quando a carga é removida, os átomos retornam exatamente ao lugar de onde saíram: é 100% reversível.
Passo 3
Deformação plástica (visão atômica)
Se você aumenta a carga até passar de um limite (o chamado “escoamento”), os átomos não voltam mais para o lugar inicial. Isso acontece porque, em metais reais, existem defeitos de cristal chamados dislocações (linhas imperfeitas na rede). Sob tensão suficiente, essas dislocações “escorregam” por planos cristalinos e permitem que camadas inteiras de átomos deslizem umas sobre as outras. Esse movimento é um rearranjo permanente da estrutura atômica.
Se você aumenta a carga até passar de um limite (o chamado “escoamento”), os átomos não voltam mais para o lugar inicial. Isso acontece porque, em metais reais, existem defeitos de cristal chamados dislocações (linhas imperfeitas na rede). Sob tensão suficiente, essas dislocações “escorregam” por planos cristalinos e permitem que camadas inteiras de átomos deslizem umas sobre as outras. Esse movimento é um rearranjo permanente da estrutura atômica.
Passo 4
Teoria das dislocações (explicando mais a fundo)
- Dislocações são defeitos unidimensionais: você pode imaginar uma “meia-plano” extra de átomos cortando a rede.
- A energia necessária pra mover essa dislocação por dentro do cristal é menor do que simplesmente quebrar ligações de um bloco maciço de átomos.
- Quando a tensão atinge a tensão de escoamento (
), as dislocações começam a rolar e daí vem a deformação permanente.
Resposta
Elasticidade é quando átomos se movem pouco ao redor do ponto de equilíbrio e voltam ao soltar a carga (comportamento de mola, reversível). Plasticidade é quando, além desse limite, as dislocações se movem e causam um deslizamento permanente na rede atômica (irreversível). A principal diferença é: elástica = reversível; plástica = irreversível por causa do movimento de dislocações.