Qual a importância da resistência dos materiais na engenharia?

A resistência dos materiais, estudada principalmente na física, é a aplicação de carga externa em um material e sua força de resistência.

A resistência dos materiais é bem conhecida na engenharia, principalmente no ramo da mecânica.

Tal estudo é referente à capacidade de um material de corpo deformável conseguir resistir a uma força aplicada sobre o mesmo. De acordo com especialistas, existem diversos processos que são capazes de alterá-lo.

A resistência dos materiais começou a ser compreendida no século XVII, através da experiência com efeitos de cargas feita por Galileu Galilei, que resultou no livro “Duas novas ciências”.

Contudo, com o tempo, os estudos foram aprimorados e o termo “resistência dos materiais” só foi realmente utilizado na França, durante o século XVIII.

Conceito de Resistência dos Materiais

Uma característica desta ciência é a necessidade da total certeza, pois um mínimo vacilo pode resultar em grandes problemas.

Como se aplica no dia a dia, cálculos errados podem ter como consequência grandes desastres e, até mesmo, mortes.

Por outro lado, o estudo traz benefícios, como uma base para gastar somente o necessário, além de auxiliar na elaboração de projetos sustentáveis.

Dessa maneira, os estudos são quantificados e qualificados. Já seus objetivos, entre os principais é possível destacar a verificação de segurança, o equilíbrio do material e a determinação da ação dos esforços, que resulta em deformações e tensões.

Dentro do conceito de resistência de materiais, existem algumas classificações, como:

Torção:

Em poucas palavras, é o nome dado para as curvas paralelas ao eixo da peça. Com isso, ela se retorce ao redor da mesma, causando a resistência. Tal movimento ocorre quando algo o coloca sobre o eixo longitudinal.

Dessa forma, derivado do movimento, surgem dois fenômenos para estudo,  denominados de tensões tangenciais e deformações seccionais. O estudo é trabalhoso, pois o cálculo da resistência dos materiais, se não for feito com muito cuidado, pode ser afetado pela deformação.

Flexão:

Em tese, é um esforço físico que resulta na deformação que se forma em um componente longo, sendo perpendicular ao eixo e de maneira paralela à força que se aplica.

Como exemplificação, podemos citar placas, lâminas e vigas quando recebem uma carga ou força. No momento em que o objeto, o que enfrenta a resistência, passa pelo processo de deformação, ocorre a flexão. Contudo, a sua distância não se altera.

Flambagem:

De acordo com os estudos, a flambagem acontece nas peças chamadas de esbeltas, pois possuem a área da transversal menor do que seu comprimento, e a resistência, de tal material, começa após a ocorrência de um esforço de compressão axial.

Além disso, alguns cientistas também costumam chamar o processo de encurvadura.

Em outras palavras, ocorre logo depois da peça sofrer a flexão transversal. A experiência do estudo tem como característica a instabilidade elástica.

Desse modo, ocorre que, antes mesmo do material ser afetado pela tensão, ele já sofre pela perda da estabilidade.

Resistência dos materiais na tensão e deformação

A definição de tensão está associada ao valor da divisão das forças pela unidade de área. Contudo, um erro comum é confundir tensão com pressão, devido a unidade de medida ser igual. Então, tome cuidado com isso na hora dos estudos.

A unidade de medida da força pela área é o pascal (Pa). Sendo que, no Sistema Internacional de Unidades, a medida é referente a um newton por metro quadrado (1 N/m²). Além disso, na resistência de materiais, a tensão pode se dividir em compressão, cisalhamento e tração.

Por outro lado, a deformação de um objeto é a mudança de uma forma geométrica que se transforma, quando ocorre uma tensão ou variação térmica em outro modelo, alterando suas dimensões. Dessa forma, na resistência de materiais, tais deformações podem se definir em três categorias.

A primeira é a deformação elástica, também chamada de transitória. Seu estudo consiste na capacidade do corpo voltar a sua forma normal, após o fim do processo de tensão.

Em contrapartida, a deformação plástica não é capaz de voltar para o estado original da estrutura, resultante de uma força maior aplicada em relação a elástica.

Por último, a deformação por ruptura ocorre quando o objeto ou estrutura realmente quebra. Logo, se transforma em vários novos pedaços e não há possibilidade de voltar a ser o mesmo. Isso significa que a resistência deste material não foi o suficiente e recebeu uma tensão bem maior do que as outras.

A lei de Hooke na resistência dos materiais

Conhecer a lei de Hooke é essencial quando o assunto é resistência de materiais, sendo parte importante para calcular as deformações e observar a elasticidade das estruturas.

Em suma, sua fórmula consiste na força (F) ser igual ao deslocamento de massa (representa um triangulo) multiplicado pela constante do corpo elástico (K) que, no caso, sofre a deformação.

Vele ressaltar que a a unidade de medida da força é Newtons, a constante newton/metro e o deslocamento apenas em metros.

Os estudos da lei mostram as diversas forças em interação. Dessa forma, se usa em muitas situações da física e do dia a dia, tendo como única restrição de não exceder o limite elástico dos corpos ao entrarem em contato com a força, pois, nesse caso, a estrutura se quebraria e a fórmula não conseguiria calcular.

O equipamento usado para conseguir medir as forças para a Lei de Hooke é o dinamômetro.

Outra coisa essencial para os estudos de resistência dos materiais é o Módulo de Young, responsável por descobrir a medida e rigidez dos materiais sólidos, utilizado principalmente nas engenharias. Dessa forma, utiliza da composição química e da estrutura física.

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Fontes: Stoodi e Estruturas UFPR

Imagens: Regional Telhas, Cartográfica UFPR, Afinko Polimeros, Repositório UCS, Afinko Polimeros e Blog Professor Ferretto

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