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Vítor Caetano
Tecnologia Mecânica
Propriedades dos Materiais
Vítor Caetano
Propriedades Químicas – A própria constituição química do material.
Também são propriedades associadas a alterações na composição
química do material, por exemplo: fenómenos de corrosão
Propriedades Físicas – São propriedades em que não há alterações da composição
química. São exemplos destas, as propriedades elétricas
(como a condutividade elétrica), as propriedades térmicas (como
a condutividade térmica, o calor específico e a constante de
dilatação linear), e as propriedades mecânicas.
Propriedades Mecânicas – São propriedades físicas que se referem à forma como os
materiais reagem aos esforços externos, quer seja no domínio
elástico ou apresentando deformação e rutura. As principais
propriedades mecânicas são: Elasticidade, Plasticidade,
Resistência Mecânica, Dureza, Ductilidade, Fragilidade,
Tenacidade, Resiliência
Propriedades dos materiais
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
• Vulgarmente é designada por densidade absoluta ou simplesmente por densidade
• Define-se como o quociente entre a massa e o volume
• É uma das propriedades mais importantes dos materiais
• Em rigor deve-se dizer massa volúmica quando se trata de um corpo e massa específica
quando trata de um material
• A mais antiga referência da utilização do conceito remonta a Arquimedes de Siracusa
(287 a.C. – 212 a.C.)
• Não deve ser confundida com a densidade relativa d, que é uma grandeza adimensional
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Material
Massa específica
[g/cm³]
Material
Massa específica
[g/cm³]
Material
Massa específica
[g/cm³]
Alumínio 2,7 Madeira 0,1 -1,2 (?) Água 1
Ferro 7,9 Borracha Natural 0,91 – 0,93 Ar (PTN) 0,0012
Cobre 8.93 Plástico (polipropileno PET/PVC) 0,85 – 1,4 Água do mar (média) 1,025
Aço 7,85 Cortiça 0,22 – 0,26 Gelo (polar) 0,917
Latão 8,6
Prata 10,5
Vidro 2,5
Chumbo 11,3
Mercúrio 13,6
Ouro 19,3
Platina 21,4
Granitos 2,4 - 2,9
Zinco 7,14
Calcários 1,8 – 2,8
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Exercícios
1. Determine a massa volúmica do paralelepípedo, sabendo que a sua massa é 288 g.
2. Determine a massa específica do material de que é feita a seguinte peça, sabendo que
a sua massa é 189g.
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Exercícios
3. Considere um prisma quadrangular cuja altura é 12 cm. Determine quanto mede a aresta
da base do prisma sabendo que este é feito de alumínio e tem massa de 810 g.
(a densidade relativa do alumínio é 2.7)
4. Determine o comprimento de um cilindro de cobre, se este tem 40 mm de diâmetro e
a sua massa é 2.02 Kg. (a densidade relativa do cobre é 8,93)
5. Pretende-se determinar a massa específica de um determinado tipo de madeira. Para tal
dispomos de uma placa dessa madeira com 30 cm de comprimento e 8,4 cm de largura,
a espessura da placa é 8 mm. Com uma balança pesou-se a placa de madeira e obteve-se
141 g. Quanto será a massa especifica deste tipo de madeira? E qual é a sua densidade
relativa?
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Para um fio de comprimento l e secção transversal com área A.
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Material Condutividade (S m/mm2)
Prata 62,5
Cobre puro 61,7
Ouro 43,5
Alumínio 34,2
Tungstênio 18,18
Zinco 17,8
Bronze 14,9
Latão 14,9
Níquel 10,41
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Manganina 2,08
Constantan 2
Mercúrio 1,0044
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Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Exercícios
1. Considere um fio de secção circular de 0,2 mm de espessura e com 80 cm de comprimento
Este fio foi submetido a uma diferença de potencial de 1,5 V, e com a ajuda de uma amperímetr
Mediu-se a corrente elétrica de 0,5 A.
Determine a condutividade elétrica do material de que foi feito este fio.
2. Determine a resistência elétrica de um condutor circular de 2 m de comprimento e 0,2 mm
de espessura feito de alumínio.
3. Determine a corrente elétrica que atravessa um fio condutor circular, de 25 m de
comprimento, 2 mm de espessura, submetido a uma diferença de potencial de 12 V.
Considere que este fio condutor é feito de Bronze.
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Q calor transmitido [Q]=J
Δt intervalo de tempo
k condutividade térmica
A área da secção transversal
l comprimento
ΔT diferença de temperatura
Condutividade térmica k de um material de que é feita uma barra de comprimento l, com
secção transversal de área A, submetida a uma diferença de temperatura, e atravessada por
uma determinada quantidade calor por unidade de tempo (potencia térmica).
considerando regime estacionário.
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Material
Condutividade térmica [J/s/(m·K)] ou
[W/(m.K)]
Prata 426
Cobre 398
Alumínio 237
Tungstênio 178
Ferro 80,3
Vidro 0,72 - 0,86
Água 0,61
Tijolo 0,4 - 0,8
Madeira (pinho) 0,11 - 0,14
Fibra de vidro 0,046
Espuma de poliestireno 0,033
Ar 0,026
Espuma de poliuretano 0,020
Polipropileno 0,25
Condutividade térmica de materiais a 27°C
Vítor Caetano
Propriedades dos materiais
Exercícios
Vítor Caetano
Elasticidade – Pode ser definida como a capacidade que um material tem de regressar
à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava
(associada à elasticidade está a deformação elástica)
Plasticidade – Pode ser definida como a capacidade que um material tem de apresentar
deformação permanente apreciável sem se romper (associada à plasticidade
está a deformação plástica)
Propriedades dos materiais
Vítor Caetano
Resistência Mecânica – É a capacidade que um material tem de suportar esforços
mecânicos externos (tração, compressão, dobramento…)
Corte
Propriedades dos materiais
Vítor Caetano
Dureza – É a capacidade que um material tem de resistir à penetração de um material
mais duro. (ensaios de dureza)
Ductilidade – É a capacidade que um material tem de aceitar deformação plástica.
Quanto maior é a deformação plástica que se consegue, sem que ele se rompa,
maior é a sua ductilidade.
Tenacidade – É a capacidade que um material tem de absorver energia e transformá-la
em deformação plástica, ou seja, é uma medida da quantidade de energia que
um material pode absorver antes de fraturar.
Fragilidade – Frágeis são os materiais que não se deformam plasticamente, ou seja,
apenas se deformam elasticamente. Estes fraturam-se entes de apresentarem
deformação plástica. Exemplos destes materiais são a generalidade dos
materiais cerâmicos.
Propriedades dos materiais
Vítor Caetano
Resiliência – É a capacidade que os materiais têm de absorver energia durante uma
deformação elástica e libertá-la quando o esforço é retirado.
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Vítor Caetano
Tecnologia Mecânica
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Vítor Caetano
Tecnologia Mecânica
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E é o módulo de elasticidade ou módulo de Young, medido em pascal, σ é tensão aplicada,
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É um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido.
É fundamental para a engenharia e aplicação de materiais pois está associado com a várias
outras propriedades mecânicas.
Vítor Caetano
Tecnologia Mecânica
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Ensaio de Compressão
Neste ensaio pretende-se efetuar a caracterização mecânica do material através da
compressão de provetes cilíndricos entre pratos planos, realizada em condições quase estáticas.
Podem ser utilizadas máquinas universais de ensaios mecânicos, ou, alternativamente,
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Vítor Caetano
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Ensaio de Dureza por penetração – Dureza de Brinell
• Inicialmente proposto por J.A. Brinell, em 1900, foi o primeiro ensaio de penetração
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  • 2. Vítor Caetano Propriedades Químicas – A própria constituição química do material. Também são propriedades associadas a alterações na composição química do material, por exemplo: fenómenos de corrosão Propriedades Físicas – São propriedades em que não há alterações da composição química. São exemplos destas, as propriedades elétricas (como a condutividade elétrica), as propriedades térmicas (como a condutividade térmica, o calor específico e a constante de dilatação linear), e as propriedades mecânicas. Propriedades Mecânicas – São propriedades físicas que se referem à forma como os materiais reagem aos esforços externos, quer seja no domínio elástico ou apresentando deformação e rutura. As principais propriedades mecânicas são: Elasticidade, Plasticidade, Resistência Mecânica, Dureza, Ductilidade, Fragilidade, Tenacidade, Resiliência Propriedades dos materiais
  • 3. Vítor Caetano Propriedades dos materiais • Vulgarmente é designada por densidade absoluta ou simplesmente por densidade • Define-se como o quociente entre a massa e o volume • É uma das propriedades mais importantes dos materiais • Em rigor deve-se dizer massa volúmica quando se trata de um corpo e massa específica quando trata de um material • A mais antiga referência da utilização do conceito remonta a Arquimedes de Siracusa (287 a.C. – 212 a.C.) • Não deve ser confundida com a densidade relativa d, que é uma grandeza adimensional
  • 4. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Material Massa específica [g/cm³] Material Massa específica [g/cm³] Material Massa específica [g/cm³] Alumínio 2,7 Madeira 0,1 -1,2 (?) Água 1 Ferro 7,9 Borracha Natural 0,91 – 0,93 Ar (PTN) 0,0012 Cobre 8.93 Plástico (polipropileno PET/PVC) 0,85 – 1,4 Água do mar (média) 1,025 Aço 7,85 Cortiça 0,22 – 0,26 Gelo (polar) 0,917 Latão 8,6 Prata 10,5 Vidro 2,5 Chumbo 11,3 Mercúrio 13,6 Ouro 19,3 Platina 21,4 Granitos 2,4 - 2,9 Zinco 7,14 Calcários 1,8 – 2,8
  • 5. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Exercícios 1. Determine a massa volúmica do paralelepípedo, sabendo que a sua massa é 288 g. 2. Determine a massa específica do material de que é feita a seguinte peça, sabendo que a sua massa é 189g.
  • 6. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Exercícios 3. Considere um prisma quadrangular cuja altura é 12 cm. Determine quanto mede a aresta da base do prisma sabendo que este é feito de alumínio e tem massa de 810 g. (a densidade relativa do alumínio é 2.7) 4. Determine o comprimento de um cilindro de cobre, se este tem 40 mm de diâmetro e a sua massa é 2.02 Kg. (a densidade relativa do cobre é 8,93) 5. Pretende-se determinar a massa específica de um determinado tipo de madeira. Para tal dispomos de uma placa dessa madeira com 30 cm de comprimento e 8,4 cm de largura, a espessura da placa é 8 mm. Com uma balança pesou-se a placa de madeira e obteve-se 141 g. Quanto será a massa especifica deste tipo de madeira? E qual é a sua densidade relativa?
  • 7. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Para um fio de comprimento l e secção transversal com área A.
  • 8. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Material Condutividade (S m/mm2) Prata 62,5 Cobre puro 61,7 Ouro 43,5 Alumínio 34,2 Tungstênio 18,18 Zinco 17,8 Bronze 14,9 Latão 14,9 Níquel 10,41 Ferro puro 10,2 Platina 9,09 Estanho 8,6 Manganina 2,08 Constantan 2 Mercúrio 1,0044 Grafite 0,07
  • 9. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Exercícios 1. Considere um fio de secção circular de 0,2 mm de espessura e com 80 cm de comprimento Este fio foi submetido a uma diferença de potencial de 1,5 V, e com a ajuda de uma amperímetr Mediu-se a corrente elétrica de 0,5 A. Determine a condutividade elétrica do material de que foi feito este fio. 2. Determine a resistência elétrica de um condutor circular de 2 m de comprimento e 0,2 mm de espessura feito de alumínio. 3. Determine a corrente elétrica que atravessa um fio condutor circular, de 25 m de comprimento, 2 mm de espessura, submetido a uma diferença de potencial de 12 V. Considere que este fio condutor é feito de Bronze.
  • 10. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Q calor transmitido [Q]=J Δt intervalo de tempo k condutividade térmica A área da secção transversal l comprimento ΔT diferença de temperatura Condutividade térmica k de um material de que é feita uma barra de comprimento l, com secção transversal de área A, submetida a uma diferença de temperatura, e atravessada por uma determinada quantidade calor por unidade de tempo (potencia térmica). considerando regime estacionário.
  • 11. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Material Condutividade térmica [J/s/(m·K)] ou [W/(m.K)] Prata 426 Cobre 398 Alumínio 237 Tungstênio 178 Ferro 80,3 Vidro 0,72 - 0,86 Água 0,61 Tijolo 0,4 - 0,8 Madeira (pinho) 0,11 - 0,14 Fibra de vidro 0,046 Espuma de poliestireno 0,033 Ar 0,026 Espuma de poliuretano 0,020 Polipropileno 0,25 Condutividade térmica de materiais a 27°C
  • 12. Vítor Caetano Propriedades dos materiais Exercícios
  • 13. Vítor Caetano Elasticidade – Pode ser definida como a capacidade que um material tem de regressar à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava (associada à elasticidade está a deformação elástica) Plasticidade – Pode ser definida como a capacidade que um material tem de apresentar deformação permanente apreciável sem se romper (associada à plasticidade está a deformação plástica) Propriedades dos materiais
  • 14. Vítor Caetano Resistência Mecânica – É a capacidade que um material tem de suportar esforços mecânicos externos (tração, compressão, dobramento…) Corte Propriedades dos materiais
  • 15. Vítor Caetano Dureza – É a capacidade que um material tem de resistir à penetração de um material mais duro. (ensaios de dureza) Ductilidade – É a capacidade que um material tem de aceitar deformação plástica. Quanto maior é a deformação plástica que se consegue, sem que ele se rompa, maior é a sua ductilidade. Tenacidade – É a capacidade que um material tem de absorver energia e transformá-la em deformação plástica, ou seja, é uma medida da quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar. Fragilidade – Frágeis são os materiais que não se deformam plasticamente, ou seja, apenas se deformam elasticamente. Estes fraturam-se entes de apresentarem deformação plástica. Exemplos destes materiais são a generalidade dos materiais cerâmicos. Propriedades dos materiais
  • 16. Vítor Caetano Resiliência – É a capacidade que os materiais têm de absorver energia durante uma deformação elástica e libertá-la quando o esforço é retirado. Propriedades dos materiais
  • 17. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Ensaio de Tração
  • 18. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Provetes
  • 19. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais 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). Módulo de Young ou Módulo de Elasticidade É um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido. É fundamental para a engenharia e aplicação de materiais pois está associado com a várias outras propriedades mecânicas.
  • 21. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Ensaio de Compressão Neste ensaio pretende-se efetuar a caracterização mecânica do material através da compressão de provetes cilíndricos entre pratos planos, realizada em condições quase estáticas. Podem ser utilizadas máquinas universais de ensaios mecânicos, ou, alternativamente, prensas hidráulicas instrumentadas com transdutores de carga/pressão e de deslocamento.
  • 22. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Ensaio de Dureza por penetração – Dureza de Brinell • Inicialmente proposto por J.A. Brinell, em 1900, foi o primeiro ensaio de penetração normalizado e reconhecido industrialmente • O método consiste em comprimir uma esfera de aço temperado ou de carboneto de tungstênio na superfície do material ensaiado, gerando uma calote esférica ou mossa (450 HB)
  • 23. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Ensaio de Fadiga e Ensaio de Choque