(1,0 pontos) a) Represente corretamente uma curva típica tensão-deformação de um termoplástico com morfologia amorfa.

Passo 1

O enunciado pede para representar corretamente uma curva típica tensão–deformação de um termoplástico com morfologia amorfa.
Informações dadas pelo enunciado (implícitas):
  • Deve-se desenhar a curva tensão versus deformação (e não, por exemplo, tensão versus tempo).
  • A amostra é um termoplástico amorfo (cadeias poliméricas desordenadas, sem cristalitos).
  • Espera-se indicar e rotular as partes importantes da curva.

Passo 2

O que vão ser os eixos e as grandezas que preciso usar (o que desenhar exatamente).
  • Eixo vertical: tensão, denotada por \sigma (unidades: normalmente \mathrm{Pa} ou \mathrm{MPa}). A tensão é definida como \sigma=\dfrac{F}{A}, onde F é a força aplicada e A é a área da seção transversal.
  • Eixo horizontal: deformação (engenharia) denotada por \varepsilon, definida como \varepsilon=\dfrac{\Delta L}{L_0}, onde L_0 é o comprimento inicial e \Delta L a variação de comprimento.
  • No trecho inicial a inclinação da curva dá o módulo elástico E, isto é, E=\dfrac{d\sigma}{d\varepsilon} na região linear.

Passo 3

Breve explicação física (didática) do porquê da forma da curva em um amorfo — conceitos que devo conhecer para rotular o desenho.
  • Em amorfos as cadeias poliméricas estão enoveladas e “presa” por entrelaçamento; não há regiões cristalinas que atuem como reforço rígido.
  • A resposta mecânica depende muito da temperatura relativa ao ponto de transição vítrea T_g: abaixo de T_g o material está na fase vítrea (rígido, comportamento mais quebradiço); próximo ou acima de T_g há maior mobilidade de segmentos e aparece deformação plástica localizada.
  • Mecanismos típicos de deformação: comportamento elástico inicial; depois podem aparecer microfalhas por crazing (formação de fibrilas e microcanais) ou cisalhamento (shear yielding). Esses mecanismos explicam o pico e a queda de tensão pós-cedência e a subsequente zona de desenrolamento/alongamento.

Passo 4

Descrevendo, com linguagem simples, cada região da curva que vou desenhar (o que cada uma representa fisicamente) — isto é o que devo rotular no desenho.
  1. Região linear elástica: pequena \varepsilon, \sigma cresce linearmente com inclinação E. Aqui a deformação é recuperável se a carga é removida.
  2. Pico de escoamento / cedência ( \sigma_y em \varepsilon_y): aparece um máximo de tensão quando começam as microfalhas (crazes) ou início de escoamento.
  3. Queda de tensão pós-pico (amolecimento local): após o pico a tensão pode diminuir porque se formam crazes/voids ou ocorre concentração de deformação (cair para \sigma_{min}). Visualmente isso corresponde ao “pico seguido de queda”.
  4. Zona de platô / alongamento estável (drawing / neck propagation ou região de deformação localizada): a amostra pode alongar a uma tensão aproximadamente constante enquanto se desenrolam fibrilas internas — isto aparece como uma região quase horizontal ou ligeiramente decrescente.
  5. Endurecimento por deformação (strain hardening): em deformações maiores as cadeias se orientam e esticam, aumentando novamente a tensão até um novo aumento até a fratura. Essa subida final é o encruamento devido ao alinhamento das cadeias.
  6. Fratura em \varepsilon_f: ponto final de ruptura.

Passo 5

Como desenhar passo a passo a curva no exame (passos práticos para o lápis):
  • Trace dois eixos: vertical rotulado \sigma e horizontal rotulado \varepsilon.
  • Desenhe no início uma reta com inclinação positiva (region linear). Ao lado escreva E apontando a inclinação. Marque o ponto de escoamento com \sigma_y e \varepsilon_y.
  • Após o ponto de escoamento faça um pequeno pico e depois uma queda de tensão (desenhe a curva descendo um pouco). Rotule esse mínimo como \sigma_{min} (amolecimento).
  • A seguir desenhe uma região onde a tensão se mantém aproximadamente constante enquanto a deformação aumenta — um platô ou ligeira queda/constante (rotule “drawing / neck propagation / deformação localizada”).
  • Finalmente, desenhe uma subida gradual da curva (strain hardening) até um ponto de ruptura \varepsilon_f (rotule “fratura”).
  • Em cada região escreva em poucas palavras o mecanismo: “elástico”, “cedência (crazing/shear)”, “platô (drawing)”, “endurecimento por alongamento”, “fratura”.

Passo 6

Observações importantes que você pode comentar ao professor no exame (ou escrever perto do desenho):
  • Se o teste for feito muito abaixo de T_g e com altas taxas de deformação, muitos amorfos ficam praticamente frágeis: a curva mostrará só a região linear e fratura rápida sem grande platô nem encruamento. Indicar isso evita erro se o professor perguntar variações.
  • Se a temperatura for próxima de T_g ou acima, o platô e o alongamento plástico ficam mais evidentes.
  • A presença de um platô e de encruamento depende também da composição e do histórico do polímero (aditivos, orientação prévia, velocidade de deformação).

Passo 7

Resumo rápido do que rotular obrigatoriamente no desenho na prova (check-list que garante nota):
  • Eixos: \sigma (vertical) e \varepsilon (horizontal).
  • Módulo elástico E marcado na inclinação inicial.
  • Ponto de escoamento \sigma_y,\\ \varepsilon_y.
  • Queda/amolecimento pós-pico ( \sigma_{min}).
  • Zona de platô / desenrolamento (descrita).
  • Zona de encruamento por alongamento e ponto de fratura \varepsilon_f.
  • Pequena legenda explicando “crazing vs shear yielding” como causa do pico/queda.

Resposta

Curva qualitativa tensão–deformação ( \sigma vs \varepsilon) para um termoplástico amorfo: região linear elástica com inclinação E até o pico de escoamento \sigma_y em \varepsilon_y; seguida de queda de tensão (amolecimento por crazing/cedência) até \sigma_{min}; em seguida um platô de alongamento/propagação de neck (deformação localizada) com tensão aproximadamente constante; depois aumento da tensão por encruamento/alongamento (strain hardening) até a fratura em \varepsilon_f.

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