Tensão vs. Deformação: Tudo o que Precisa de Saber

Tensão e deformação são dois termos distintos e, ao mesmo tempo, relacionados. É crucial compreender a sua relação para que a seleção de materiais possa ser feita para as diferentes aplicações relevantes.

O artigo abaixo explora as diferenças entre os termos tensão vs. deformação e a sua importância na seleção de materiais e na conceção do projeto. Então, vamos ler.

O que é a Tensão?

A tensão é a força por unidade de área que atua sobre um determinado material. Também define a forma como os materiais reagem quando estão sujeitos a determinadas condições de carga. Ocorrem diferentes tipos de tensão dentro de um objeto.

Tipos de Tensão

As duas formas mais comuns de tensão são as seguintes:

Tensão de Tração

A tensão de tração ocorre quando um objeto é puxado, provocando um aumento do seu comprimento. Por exemplo, quando uma barra é puxada ou um fio é esticado por forças em sentidos opostos a partir de ambas as extremidades, este alonga-se para fora.

Tensão de Compressão

A tensão de compressão ocorre quando o objeto é empurrado e o comprimento diminui. Por exemplo, quando uma barra ou um fio é comprimido ao ser empurrado a partir das duas extremidades por forças opostas e iguais.

Como Funciona a Tensão nos Materiais

A tensão num material é criada quando este é submetido a uma força deformadora. Gera-se uma força aplicada, que pode resultar numa deformação elástica, que é reversível, ou numa deformação permanente.

Os átomos do material resistem às forças externas devido às ligações presentes, o que cria uma força de reação oposta.

No caso de uma força de tração simples, mesmo quando um material é esticado a partir de uma extremidade, a reação observa-se sob a forma de tensão nas duas dimensões. Assim, é esticado numa direção e contraído noutra.

Como se Mede a Tensão dos Materiais

É impossível medir a tensão diretamente, pelo que se medem as deformações e as forças aplicadas. Para medir a deformação, é muito importante compreender a relação entre a deformação e a força.

Existem diferentes métodos aplicáveis à medição da deformação, que pode ser feita através de extensómetros, células de carga, fotoelasticidade e ensaios por ultrassons.

Depois de conhecer a magnitude da força, pode utilizar a equação da tensão para calcular a tensão. A equação é σ=F/A.

A análise da tensão afeta as forças que um objeto pode suportar. É muito importante identificá-las para que a seleção de materiais possa ser feita em conformidade.

O que é a Deformação?

A deformação mede a alteração do material que ocorre sob a influência de uma força externa. Também considera o nível de deformação que ocorre num material sujeito a tensão.

A deformação é a medida da variação do comprimento de um material em relação à dimensão original e é uma grandeza adimensional.

Tipos de Deformação

Deformação de Tração

A deformação de tração ocorre quando um material é alongado ou esticado.

Deformação de Compressão

A deformação de compressão ocorre quando o material é encurtado ou comprimido.

Como Funciona a Deformação nos Materiais

Com a aplicação de uma força externa, o material deforma-se, e essa deformação é a deformação. O comportamento ou a deformação do material quando sujeito a tensão depende de muitos fatores, como o tipo de material, a composição, a direção e a magnitude.

Existem três formas pelas quais os materiais se podem deformar quando sujeitos a tensão; são as seguintes:

• A deformação elástica ocorre quando um material se deforma ao ser sujeito a tensão, mas recupera a sua forma original quando a tensão é libertada.
• A deformação plástica é uma deformação permanente e, quando a forma de um material se altera sob tensão, não se recupera.
• A fratura ocorre quando a tensão aplicada é superior à resistência do material, o que leva à falha ou à rotura.

Como se Mede a Deformação dos Materiais

Existem muitos métodos através dos quais a deformação pode ser medida, sendo os mais populares os extensómetros e as extensómetros de resistência elétrica.

Ambos são métodos direcionais e, além destes, existem outros métodos, como os sensores piezoelétricos e a correlação digital de imagem.

Exemplos de tensão versus deformação de diferentes materiais

Cada material tem uma reação diferente à tensão e à deformação, e esta secção destaca a resposta dos metais e dos polímeros:

Metais

Alguns metais dúcteis metais como o aço inoxidável e outras ligas tendem a deformar-se sob tensão. Entretanto, os metais frágeis, como o aço de alto carbono, sofrem fratura mesmo com uma deformação mínima.

Por sua vez, o aço de baixo carbono flete quando sujeito a tensão até atingir o ponto de cedência; deforma-se e sofre endurecimento por deformação.

Polímeros

O comportamento da tensão e da deformação nos polímeros é muito diversificado. Um polímero frágil deforma-se elasticamente, mas, se for tracionado mais, pode ocorrer fratura. Este ponto representa a resistência à tração sob a forma de valor de tensão.

Alguns elastómeros, como a borracha, conseguem recuperar a sua forma original após serem sujeitos a tensão e, se forem esticados até ao ponto de fratura, rompem-se.

Como a tensão e a deformação se relacionam

A tensão e a deformação estão associadas uma à outra, de tal forma que uma provoca a outra. O módulo de Young descreve como a tensão e a deformação se relacionam.

O modelo elástico relaciona-se com a tensão aplicada a um material, que resulta em deformação, e esta relação é também descrita pela lei de Hooke. Segundo esta lei, a tensão e a deformação são diretamente proporcionais uma à outra, desde que o material apresente elasticidade.

Esta relação é expressa matematicamente da seguinte forma:

A curva tensão-deformação

A relação entre tensão e deformação inclui alguns termos importantes que fazem parte da curva tensão-deformação, a saber:

A região elástica

As regiões elásticas são as regiões de deformação e, na mesma região, os materiais recuperam a sua forma original quando a tensão é eliminada.

Ponto de cedência

Descreve o ponto de deformação do material. A tensão presente neste ponto designa-se por tensão de cedência.

A região plástica

A região plástica é a região que começa após o ponto de cedência, e a deformação que ocorre nesta região é permanente.

Resistência máxima à tração

A resistência máxima à tração é o limite máximo de tensão suportado pelo material. Este ponto da curva pode ser observado onde começa a ocorrer o estriccionamento.

Estriccionamento

O estriccionamento é a região da curva tensão-deformação que apresenta uma deformação maior.

Fratura

Neste ponto, o material tende a fraturar.

Conclusão

O guia acima destaca uma diferença detalhada entre tensão e deformação e como ambas se relacionam. Se procura fabricar componentes com elevada precisão e sem deformação, pode entrar em contacto connosco através de DEK.

Compreendemos o princípio da tensão e da deformação; por isso, escolheremos o material certo com o processo certo para as aplicações que necessita.