Os cursos de Engenharia têm disciplinas complexas e cheias de conteúdos muito específicos, principalmente nos ciclos básicos das universidades. Após as extensas aulas de Cálculo, Física e Química, os alunos passam a ter contato com conteúdos muito mais específicas.
Principalmente nos cursos de Engenharia Mecânica e Civil, a disciplina de resistência dos materiais é uma das mais complexas e difíceis. E é uma matéria tão importante quanto difícil.
Neste post, trouxemos tudo o que você precisa saber sobre resistência dos materiais antes de escolher o seu curso no Enem. Confira!
Alguns livros, de tão importantes, acabam se tornando “bíblias” para os estudantes. O curso de Direito tem o seu Vade Mecum, que reúne as obras básicas para fácil consulta. Cursos de Farmácia e Medicina também apresentam volumes semelhantes.
No caso dos cursos de Engenharia, alguns livros se comportam da mesma maneira. O livro Resistência dos materiais (Hibbeler) é referência quando se trata do tema.
Essa obra aborda teorias e princípios essenciais sobre a resistência dos materiais de maneira clara e concisa. Já na sétima edição, publicada em 2009, o livro consolidou Hibbeler como uma referência na área, trazendo, além das teorias, propostas práticas de exercícios e problemas a serem solucionados.
Para os estudantes de Engenharia, é praticamente uma obrigação adquirir esse livro.
Na Engenharia dos Materiais, a resistência dos mesmos é a capacidade de resistir a uma determinada força sobre ele aplicada, em função do processo de fabricação do material, de modo que os cientistas envolvidos aplicam vários processos para alterá-la.
Devido ao profundo conhecimento sobre o assunto, a manipulação da resistência dos materiais pode ser feita de maneira perfeitamente quantificável e qualificada. Apesar disso, alterar essa resistência pode significar perder alguma outra propriedade mecânica.
O maior objetivo da área de estudo da resistência dos materiais é aplicar os conhecimentos na produção e utilização de peças com um determinado papel a cumprir. Para tanto, é fundamental conhecer os limites de cada tipo de material, descobrindo assim até onde é possível manipulá-los.
A ciência da resistência dos materiais depende muito de uma total certeza na obtenção de seus resultados, uma vez que qualquer erro, por menor que seja, pode significar prejuízos gigantescos depois. E isso é ainda mais sério se considerarmos que vidas podem ser colocadas em risco por cálculos mal feitos.
Além de toda essa responsabilidade, o estudo da resistência dos materiais é essencial para que se evitem prejuízos com gastos desnecessários de recursos. Ainda pode impedir o excesso de peso nas estruturas, facilitando a criação de projetos sustentáveis e com melhor rendimento.
Esse tipo de conhecimento vem desde a Antiguidade. Os egípcios, por exemplo, detinham grande domínio sobre a resistência dos materiais, uma vez que sem ele seria impossível construir estruturas tão grandiosas quanto as pirâmides do Egito.
Outra civilização que se destaca nesse sentido é a Grécia, principalmente na aplicação dos conceitos de estática, básica para a resistência dos materiais. Arquimedes deu grandes contribuições nesse sentido, utilizando alavancas, verificando o centro de gravidade dos corpos e aplicando a teoria na construção de grandes dispositivos, como guinchos e guindastes.
Ainda na Antiguidade, os romanos se destacavam como grandiosos construtores, elaborando monumentos, templos e estradas que resistem até hoje às intempéries do tempo.
Séculos depois, todo esse conhecimento que tinha se perdido durante a Idade Média foi recuperado no Renascimento. Grandes estudiosos, como Leonardo da Vinci e Galileu Galilei, ajudaram a enriquecer as teorias sobre mecânica e os materiais. Notavelmente, Galileu foi o responsável pela elevação dos estudos sobre a resistência dos materiais ao nível de ciência, em seu livro Duas novas ciências.
Torção é a tensão que ocorre em um elemento construtivo ou um prisma mecânico, quando aplica-se momento sobre seu eixo longitudinal. Podem tanto ser eixos quanto elementos nos quais uma dimensão é predominante a outras duas.
Geometricamente, a torção é caracterizada por toda e qualquer curva paralela ao eixo da peça, sem estar contida no plano formado pelas duas curvas iniciais. Ou seja, uma curva paralela ao eixo da peça se retorce ao redor desse.
O estudo geral do movimento de torção é bastante complicado, uma vez que leva ao acontecimento de dois fenômenos: tensões tangenciais e deformações seccionais. E é essa deformação que complica muito o cálculo da tensão de resistência dos materiais, fazendo com que o momento torsor seja decomposto.
Na mecânica, o esforço físico da flexão ocorre quando há deformação perpendicular ao eixo do corpo do objeto, de forma paralela à força atuante. A linha que une o centro de gravidade de todas as seções transversais do objeto constitui-se no eixo longitudinal, o qual está submetido a cargas perpendiculares ao eixo.
Em Engenharia, flexão é o tipo da deformação apresentada por uma estrutura alongada em uma direção perpendicular a esse eixo longitudinal. Denomina-se estrutura alongada quando uma das dimensões é dominante às outras. Vigas, placas e lâminas são exemplos desse tipo de objeto.
Quando um objeto é submetido à flexão, é a formação de uma curva paralela ao eixo neutro da estrutura, sendo que sua distância não varia em relação ao valor antes do processo de deformação.
A flambagem, também conhecida como encurvadura, consiste em um fenômeno que ocorre nas peças denominadas esbeltas, ou seja, aquelas nas quais a área da seção transversal é bastante pequena se comparada ao seu comprimento. Esse fenômeno se inicia quando as peças são submetidas a um esforço de compressão axial.
É considerada uma instabilidade elástica, de modo que a peça pode perder a estabilidade antes mesmo que o material atinja sua tensão de escoamento. O colapso sempre se dará ao redor do eixo de menor momento de inércia da seção transversal.
Como você já deve ter percebido, tensão e deformação são dois conceitos muito importantes para a Física e a Engenharia. O conceito de tensão mecânica se refere ao valor da distribuição das forças por unidade de área.
A unidade oficial para tensão é o pascal (Pa), que se refere à medida de força por unidade de área. Importante não confundir tensão com pressão, já que são expressas com a mesma unidade de medida.
Na Engenharia, geralmente, mede-se tensão em megapascals (Mpa) ou gigapascals (GPa). No Sistema Internacional de Unidades, um pascal (1 Pa) equivale à aplicação de um newton por metro quadrado (1 N/m²).
A tensão pode ser classificada como de tração, de compressão ou de cisalhamento, dependendo da direção e dos efeitos provenientes da aplicação da força.
Já o conceito de deformação de um corpo ou estrutura corresponde a qualquer mudança da configuração da forma geométrica do corpo que resulte em uma variação da forma ou das dimensões do mesmo após a aplicação de uma tensão ou mesmo de variação térmica.
Deformações por tensão são classificadas em três categorias diferentes, sendo elas:
A deformação elástica resulta no retorno da estrutura ao estado original, após a aplicação da tensão ter sido finalizada. Isso acontece quando a força à qual a estrutura é submetida não consegue superar sua tensão de elasticidade.
Já a deformação plástica consiste na permanente alteração do estado da estrutura, de modo que ela não consegue retornar à sua forma original. Isso ocorre quando a mesma é submetida à chamada tensão de plasticidade, maior do que aquela aplicada na deformação elástica. Assim, há transição da fase elástica para a plástica.
Por fim, a deformação por ruptura resulta no rompimento da estrutura em múltiplas partes. Esse processo ocorre quando a mesma recebe tensão inicialmente maior que a responsável pela deformação plástica. Tende a diminuir após o processo ter início.
A Física é regida por leis muito específicas e facilmente aplicadas. Na resistência dos materiais, uma das leis mais importantes é a Lei de Hooke. Ela diz respeito à elasticidade dos corpos, sendo usada para os cálculos de deformações causadas pelas forças exercidas em um determinado corpo ou estrutura.
Assim, a força é igual ao deslocamento de massa a partir do ponto de equilíbrio, multiplicada pela constante da mola ou do corpo que sofrerá a deformação. Assim, F = K .Δl, sendo que:
Na Lei de Hooke está uma grande variedade de forças em interação, de modo que a caracterização se dá como um trabalho experimental. Entre essas forças, podemos destacar as elásticas, exercidas pelos sistemas elásticos quando os mesmos sofrem deformação.
Ela pode ser utilizada sempre, desde que o limite elástico da estrutura a receber a tensão não seja excedido. Assim, o comportamento elástico dos materiais acaba por seguir o regime elástico proposto na Lei de Hooke, mas apenas até um certo valor da força. Após esse ser ultrapassado, a relação de proporção não é mais definida, mesmo que o corpo retorne à forma inicial após remover-se a tensão.
Se a força continuar a ser aumentada, o limite elástico é rompido e a deformação segue para uma característica plástica, ou permanente, podendo resultar até mesmo na ruptura da estrutura. O instrumento utilizado para medir forças e que se utiliza da Lei de Hooke é chamado de dinamômetro.
É possível aplicar a Lei de Hooke também após a realização do ensaio de tração, a partir do qual se obtém o gráfico de comparação “Tensão versus Extensão”. Um padrão linear na porção inicial do gráfico significa que a tensão é proporcional à extensão, de modo que se observe uma constante de proporcionalidade entre ambas, de modo que:
σ = ε . E
Aqui, cabe destacar que o Módulo de Young (também conhecido como módulo de elasticidade) é um parâmetro mecânico que busca proporcionar a medida da rigidez de um determinado material sólido. É fundamental para as aplicações que envolvem a resistência dos materiais e mais ainda para a Engenharia, uma vez que se associa à descrição de várias propriedades mecânicas.
Essa é uma propriedade intrínseca aos materiais, de modo que depende da composição química e da estrutura física dos mesmos. Pode ser obtida pela razão entre a tensão exercida no objeto e a deformação causada em decorrência disso.
Quando falamos sobre a resistência e o comportamento dos materiais, a Lei de Hooke é uma das mais importantes. Ela é estudada em praticamente todo e qualquer curso de Engenharia, apesar de ter mais ênfase na Engenharia Civil e na Engenharia Mecânica.
Estudar a resistência dos materiais é fundamental. Já imaginou se as estruturas e objetos utilizados no dia a dia de bilhões de pessoas tivessem sido construídos de qualquer maneira, sem um estudo a fundo dos materiais, sem cálculo ou análise? Muito provavelmente viveríamos em um mundo de tragédias.
É fundamental que todo e qualquer material seja testado exaustivamente, analisando as reações dos mesmos aos mais variados fenômenos. E isso é essencial para se fazer com a mais variada sorte de materiais, de uma viga a uma estrutura complexa de construção.
Entender quanto de tensão um determinado material suporta é essencial para descobrir em qual tipo de função é possível aplicá-lo. Como citamos anteriormente, não apenas a segurança das pessoas que usufruirão daquela estrutura é importante, mas também as possibilidades de melhor aproveitamento dos mais diversos recursos.
Segundo Hibbeler, a resistência dos materiais é um nicho da mecânica que estuda as relações existentes entre cargas que são aplicadas a um objeto externamente passível de deformação, além da intensidade que as forças internas podem atuar. Abrange o cálculo dessa deformação do material e o estudo da sua estabilidade, principalmente quando sujeito a tensões externas.
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