Deformação elástica longitudinal
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Quando uma força é aplicada à superfície de um corpo, cria-se uma zona onde o material se comprime ou se expande, resultando em um movimento paralelo ao vetor normal da superfície. Isso é o que é chamado de deformação longitudinal.
ID:(325, 0)
Deformação elástica longitudinal
Descrição
Quando uma força é aplicada à superfície de um corpo, cria-se uma zona onde o material se comprime ou se expande, resultando em um movimento paralelo ao vetor normal da superfície. Isso é o que é chamado de deformação longitudinal.
Variáveis
Cálculos
Cálculos
Equações
Se utilizarmos a equa o para calcular la trabalho ($W$) como a integral de la força elástica ($F_k$) ao longo do caminho durante a deforma o:
$W=\displaystyle\int_0^u \vec{F}\cdot d\vec{s}$
E empregarmos a equa o para la força elástica ($F_k$) com o módulo de Elasticidade ($E$), la seção de elemento ($S$), la alongamento ($u$), o comprimento do corpo ($L$) e la alongamento ($u$)
| $ F_k =\displaystyle\frac{ E S }{ L } u $ |
onde somamos ao longo do caminho percorrido. No caso de deforma o el stica, a rela o linear e se torna:
$W=\displaystyle\frac{ES}{L}\displaystyle\int_0^u d\vec{s}\cdot\vec{s}$
Isso nos leva a:
$W=\displaystyle\frac{ES}{2L}u^2$
Ao utilizar a equa o para la deformação ($\epsilon$)
| $ \epsilon =\displaystyle\frac{ u }{ L }$ |
e a equa o para o volume ($V$)
| $ V = S L $ |
obtemos:
| $ W =\displaystyle\frac{1}{2} V E \epsilon ^2$ |
(ID 3206)
Com a Lei de Hooke para la força elástica ($F_k$), la constante de Hooke ($k$) e la alongamento ($u$) da seguinte forma:
| $ F_k = k u $ |
e a express o para la constante de Hooke ($k$) em termos de o comprimento do corpo ($L$), la seção de elemento ($S$), o comprimento microscópico da mola ($l$), la seção microscópica da mola ($s$) e la microscopia constante de Hook ($k_m$):
| $ k =\displaystyle\frac{ S }{ L }\displaystyle\frac{ l }{ s } k_m $ |
juntamente com a express o para o módulo de Elasticidade ($E$):
| $ E =\displaystyle\frac{ l }{ s } k_m $ |
o resultado :
| $ F_k =\displaystyle\frac{ E S }{ L } u $ |
(ID 3209)
Como la energia de tensão ($W$) est relacionado com o volume ($V$), o módulo de Elasticidade ($E$) e la deformação ($\epsilon$) da seguinte forma:
Se substituirmos la deformação ($\epsilon$) por la tensão ($\sigma$) na equa o:
Obtemos:
(ID 3790)
La força elástica ($F_k$) uma fun o que depende de o módulo de Elasticidade ($E$), la seção de elemento ($S$), la alongamento ($u$) e o comprimento do corpo ($L$).
| $ F_k =\displaystyle\frac{ E S }{ L } u $ |
Esta fun o pode ser expressa usando a defini o de la tensão ($\sigma$)
| $ \sigma =\displaystyle\frac{ F_k }{ S }$ |
e a defini o de la deformação ($\epsilon$)
| $ \epsilon =\displaystyle\frac{ u }{ L }$ |
resultando em
| $ \sigma = E \epsilon $ |
(ID 8100)
La energia de tensão ($W$) expresso como uma fun o de o volume ($V$), o módulo de Elasticidade ($E$) e la deformação ($\epsilon$) da seguinte forma:
E com la densidade de energia de deformação ($w$) definido como:
N s obtemos:
| $ U =\displaystyle\frac{1}{2} E \epsilon ^2$ |
(ID 8104)
(ID 15374)
ERROR:8844 com ERROR:8843, ERROR:8838, la deformação na direção perpendicular à força ($\epsilon_{\perp}$) e o razão de Poisson ($\nu$) expresso como:
| $ w =\displaystyle\frac{ E }{2(1+ \nu )}\left( \epsilon ^2+2 \epsilon_{\perp} ^2+\displaystyle\frac{ \nu }{1-2 \nu }( \epsilon +2 \epsilon_{\perp} )^2\right)$ |
Se substituirmos la deformação na direção perpendicular à força ($\epsilon_{\perp}$) usando a equa o
| $ \epsilon_{\perp} =- \nu \epsilon $ |
Obtemos a express o inicial:
| $ U =\displaystyle\frac{1}{2} E \epsilon ^2$ |
(ID 15375)
Exemplos
(ID 15370)
(ID 15371)
Como a Lei de Hooke relaciona la força elástica ($F_k$) atrav s de la constante de Hooke ($k$) e la alongamento ($u$) da seguinte forma:
| $ F_k = k u $ |
poss vel substituir la constante de Hooke ($k$) pela express o microsc pica e, usando a defini o de o módulo de Elasticidade ($E$), obt m-se com o comprimento do corpo ($L$) e la seção de elemento ($S$) que:
| $ F_k =\displaystyle\frac{ E S }{ L } u $ |
(ID 3209)
La força elástica ($F_k$) uma fun o de o módulo de Elasticidade ($E$), la seção de elemento ($S$), la alongamento ($u$) e o comprimento do corpo ($L$).
Neste caso, a propor o entre la alongamento ($u$) e o comprimento do corpo ($L$) representada por la deformação ($\epsilon$), que pode ser definida da seguinte forma:
| $ \epsilon =\displaystyle\frac{ u }{ L }$ |
(ID 3762)
Em geral, la deformação ($\epsilon$) definido como a varia o de la alongamento ($u$) em rela o a o comprimento do corpo ($L$):
Esse conceito pode ser generalizado no limite microsc pico, onde la deformação da coordenada $i$ ($\epsilon_i$) introduzido como la variação do deslocamento em i ($\partial u_i$) sobre o comprimento de um elemento em i ($\partial x_i$) na dire o $i$, e seria expresso da seguinte forma:
| $ \epsilon_i =\displaystyle\frac{\partial u_i }{\partial x_i }$ |
A raz o para usar um s mbolo diferente para denotar o diferencial
$d \rightarrow \partial$
que existem v rios diferenciais que afetam diferentes vari veis no modelo. O uso do s mbolo $\partial$ indica que uma varia o deve ser realizada de cada vez, ou seja, ao considerar uma vari vel, as demais s o assumidas com seus valores iniciais.
(ID 3763)
La força elástica ($F_k$) uma fun o que depende de o módulo de Elasticidade ($E$), la seção de elemento ($S$), la alongamento ($u$) e o comprimento do corpo ($L$).
Da mesma forma, assim como la deformação ($\epsilon$) introduzido para evitar o uso da dimens o o comprimento do corpo ($L$), podemos construir um fator que expressa la força elástica ($F_k$) em termos de la seção de elemento ($S$) como la tensão ($\sigma$).
| $ \sigma =\displaystyle\frac{ F }{ S }$ |
(ID 3210)
La força elástica ($F_k$) uma fun o que depende de o módulo de Elasticidade ($E$), la seção de elemento ($S$), la alongamento ($u$) e o comprimento do corpo ($L$).
| $ F_k =\displaystyle\frac{ E S }{ L } u $ |
Essa fun o pode ser reescrita utilizando as defini es de la tensão ($\sigma$) e la deformação ($\epsilon$), resultando na vers o cont nua da Lei de Hooke:
| $ \sigma = E \epsilon $ |
(ID 8100)
A Lei de Hooke para ERROR:8845, ERROR:8843 e ERROR:8838 expressa da seguinte forma:
Essa lei pode ser generalizada para la tensão no eixo $i$ ($\sigma_i$) e la deformação da coordenada $i$ ($\epsilon_i$) da seguinte maneira:
| $ \sigma_i = E \epsilon_i $ |
(ID 3764)
A massa total o volume ($V$) do corpo calculada utilizando la seção de elemento ($S$) e o comprimento do corpo ($L$):
| $ V = S L $ |
(ID 15374)
Assim como em uma mola, a deforma o de um material requer energia. A energia la trabalho ($W$) necess ria para comprimir ou expandir o material calculada como a integral de la força elástica ($F_k$) ao longo do caminho $ds$ durante a deforma o:
$W=\displaystyle\int_0^u \vec{F}\cdot d\vec{s}$
No caso da Lei de Hooke cont nua, isso se reduz a:
| $ W =\displaystyle\frac{1}{2} V E \epsilon ^2$ |
(ID 3206)
Como la energia de tensão ($W$) est relacionado com o volume ($V$), o módulo de Elasticidade ($E$) e la deformação ($\epsilon$), pode ser expresso da seguinte forma:
Usando a Lei de Hooke, podemos substituir la deformação ($\epsilon$) em termos de la tensão ($\sigma$), resultando em:
| $ W =\displaystyle\frac{1}{2 E } V \sigma ^2$ |
(ID 3790)
Para la energia de tensão ($W$) contida em um volume ($V$), podemos definir la densidade de energia de deformação ($w$) como:
| $ w =\displaystyle\frac{ W }{ V }$ |
(ID 3770)
La energia de tensão ($W$) em fun o de o volume ($V$), o módulo de Elasticidade ($E$) e la deformação ($\epsilon$) igual a
Portanto, se dividirmos por o volume ($V$), obtemos la densidade de energia de deformação ($w$), que definido como
| $ U =\displaystyle\frac{1}{2} E \epsilon ^2$ |
(ID 8104)
A deforma o lateral diretamente proporcional deforma o que a causa. O coeficiente de proporcionalidade representado como o razão de Poisson ($\nu$) [1] e geralmente varia dentro da faixa de 0,15 a 0,4.
Se a deforma o original for la deformação ($\epsilon$) e a gerada for la deformação na direção perpendicular à força ($\epsilon_{\perp}$), a seguinte rela o estabelecida:
Na aproxima o linear, o coeficiente de Poisson representa a rela o entre deforma es laterais e longitudinais.
| $ \epsilon_{\perp} =- \nu \epsilon $ |
onde o sinal indica que a deforma o ocorre na dire o oposta causa.
[1] Este conceito foi introduzido por Sim on Denis Poisson em um trabalho de an lise estat stica, no qual ele mencionou, entre outros t picos n o relacionados mec nica, o que posteriormente foi chamado de coeficiente de Poisson em um exemplo de elasticidade. O trabalho tem o t tulo "Recherches sur la Probabilit des Jugements en Mati re Criminelle et en Mati re Civile" (Pesquisas sobre a Probabilidade de Julgamentos em Mat ria Criminal e Civil), escrito por Sim on Denis Poisson (1837).
(ID 3765)
ERROR:8844 como fun o de ERROR:8843 e ERROR:8838 igual a
Esta equa o expressa ERROR:8844 sem considerar la deformação na direção perpendicular à força ($\epsilon_{\perp}$), que est associado a ERROR:8838 atrav s do coeficiente de Poisson. ERROR:8844 pode ser expresso como uma fun o de ERROR:8838 e la deformação na direção perpendicular à força ($\epsilon_{\perp}$) usando a seguinte equa o:
| $ w =\displaystyle\frac{ E }{2(1+ \nu )}\left( \epsilon ^2+2 \epsilon_{\perp} ^2+\displaystyle\frac{ \nu }{1-2 \nu }( \epsilon +2 \epsilon_{\perp} )^2\right)$ |
(ID 15375)
ID:(325, 0)
