Módulo de Young
O módulo de Young ou módulo de elasticidade é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido. É um parâmetro fundamental para a engenharia e aplicação de materiais pois está associado com a descrição de várias outras propriedades mecânicas, como por exemplo, a tensão de escoamento, a tensão de ruptura, a variação de temperatura crítica para a propagação de trincas sob a ação de choque térmico, etc.
É uma propriedade intrínseca dos materiais, dependente da composição química, microestrutura e defeitos (poros e trincas), que pode ser obtida da razão entre a tensão exercida e a deformação sofrida pelo material. Tensão corresponde a uma força ou carga, por unidade de área, aplicada sobre um material, e deformação é a mudança nas dimensões, por unidade da dimensão original. Assim, o módulo de Young é dado por:[1]
em que:
E é o módulo de elasticidade ou módulo de young, medido em pascal,
σ é tensão aplicada, medida em pascal,
ε é a deformação elástica longitudinal do corpo de prova (adimensional).
ou
onde
F é a força, medida em newton.
A é a área da secção através da qual é exercida a tensão, e mede-se em metros quadrados.
Δl é a variação do comprimento, medido em metros.
l0 é o comprimento inicial, medido em metros.
Para a maioria dos metais, este módulo varia entre 45 GPa, para o magnésio, até 400 GPa, para o tungstênio. Os polímeros geralmente possuem módulo de elasticidade bem mais baixos, variando entre 0,002 e 4,8 GPa.[1]
A diferença na magnitude do módulo de elasticidade dos metais, cerâmicas e polímeros é consequência dos diferentes tipos de ligação atômica existentes neste três tipos de materiais. Além disso, com o aumento da temperatura, o módulo de elasticidade diminui para praticamente todos os materiais, com exceção de alguns elastômeros.
Os valores dos módulos de elasticidade de diferentes classes de materiais podem ser encontrados em livros e sites que abordam o assunto (Ver item Ligações externas).
Outras propriedades elásticas importantes são: módulo de cisalhamento (G), módulo volumétrico (K) e coeficiente de Poisson (μ). Os métodos de caracterização podem ser por meio de ensaio destrutivo (em que o corpo de prova fica inutilizado após a realização) ou ensaio não destrutivo (sem qualquer dano, podendo o material ser reutilizado normalmente).
Nos ensaios destrutivos, também chamados de quase-estáticos, a carga, que pode ser estática ou se alterar lentamente ao longo do tempo, é aplicada uniformemente sobre uma secção reta ou superfície de um corpo, e a deformação é medida e relacionada ao módulo elástico que pode ser o módulo de Young ou o módulo de cisalhamento, dependendo do tipo de ensaio. Há três maneiras principais segundo as quais uma carga pode ser aplicada: tração e compressão para a determinação do módulo de Young e cisalhamento ou torcional para o módulo de cisalhamento; sendo que os ensaios de tração são os mais comuns.
Já nos ensaios não destrutivos, dinâmicos ou por ultra-som, os módulos elásticos são determinados a partir da frequência de vibração natural (ressonância) do corpo de prova com amplitudes de vibração (deformação) mínimas.
Ver também
- Módulo de cisalhamento
- Módulo volumétrico
- Coeficiente de Poisson
- Ensaio destrutivo
- Ensaio não destrutivo
Referências
Onde 1 MPA (Mega Pascal) equivale a 1 Newton.