(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):
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
(unidades: normalmente ou ). A tensão é definida como , onde é a força aplicada e é a área da seção transversal. - Eixo horizontal: deformação (engenharia) denotada por
, definida como , onde é o comprimento inicial e a variação de comprimento. - No trecho inicial a inclinação da curva dá o módulo elástico
, isto é, 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
: abaixo de o material está na fase vítrea (rígido, comportamento mais quebradiço); próximo ou acima de 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.
- Região linear elástica: pequena
, cresce linearmente com inclinação . Aqui a deformação é recuperável se a carga é removida. - Pico de escoamento / cedência (
em ): aparece um máximo de tensão quando começam as microfalhas (crazes) ou início de escoamento. - 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
). Visualmente isso corresponde ao “pico seguido de queda”. - 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.
- 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.
- Fratura em
: 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
e horizontal rotulado . - Desenhe no início uma reta com inclinação positiva (region linear). Ao lado escreva
apontando a inclinação. Marque o ponto de escoamento com e . - 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
(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
(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
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
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:
(vertical) e (horizontal). - Módulo elástico
marcado na inclinação inicial. - Ponto de escoamento
. - Queda/amolecimento pós-pico (
). - Zona de platô / desenrolamento (descrita).
- Zona de encruamento por alongamento e ponto de fratura
. - Pequena legenda explicando “crazing vs shear yielding” como causa do pico/queda.
Resposta
Curva qualitativa tensão–deformação (
vs
) para um termoplástico amorfo: região linear elástica com inclinação
até o pico de escoamento
em
; seguida de queda de tensão (amolecimento por crazing/cedência) até
; 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
.