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Tensões e enrijecimento de estruturas

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Usar com minha turma

Carregue uma barra, um poste, uma prateleira, um eixo ou um pino em tração, compressão, flexão, torção ou cisalhamento, de aço, liga de alumínio, pinho, acrílico ou concreto, e aumente a carga até falhar: veja a tensão, a deformação e onde e como falha (escoamento, ruptura, flambagem, trinca, corte). Depois dê forma à mesma tira de chapa (plana, dobrada, ondulada, com nervuras, laminada ou com alma) e compare sua rigidez sob a mesma carga pelo momento de inércia da seção. Uma tela de laboratório mede a flecha de uma régua de um metro engastada numa ponta ou apoiada nas duas, em função da carga, do comprimento e da espessura, para achar o módulo de Young.

Aula: Forças e tensões em estruturas; reforço e enrijecimento

O que mostra

As estruturas suportam cargas por cinco tipos de esforço: a tração estica, a compressão esmaga, a flexão estica uma face e esmaga a outra, a torção torce e o cisalhamento faz as camadas deslizarem. A tensão é força por área (σ = F/A), e uma peça falha quando a tensão atinge a resistência do material para aquele tipo de carga; peças longas e finas em compressão flambam antes. A rigidez também depende da forma: dobrar, ondular, pôr nervuras, laminar ou acrescentar uma alma afasta o material da linha neutra e aumenta o momento de inércia I. Os valores são típicos e as flechas supõem flexão pequena e elástica.

Como usar

Em Cinco tipos de esforço, escolha o tipo de esforço e o material, ajuste a carga, o comprimento e o tamanho, e clique em Carregar até falhar; cada falha vai para a tabela. Em Enrijecer uma chapa, escolha uma forma e sua altura e clique em Testar esta forma para comparar flechas. Em Laboratório da régua, escolha a montagem e a régua, ponha massas em Massa pendurada, clique em Registrar leitura e use a inclinação do gráfico para achar E.

Parâmetros que você pode mudar

  • Tela Cinco tipos de esforço, Enrijecer uma chapa, Laboratório da régua
  • Tipo de esforço (Cinco tipos de esforço) Tração, Compressão, Flexão, Torção, Cisalhamento
  • Material (Cinco tipos de esforço) Aço doce, Liga de alumínio, Pinho (madeira macia), Acrílico, Concreto (sem armadura)
  • Carga F (Cinco tipos de esforço) 1–100000 N
  • Comprimento ou vão (Cinco tipos de esforço) 0,2–2 m
  • Diâmetro da barra ou espessura da prateleira (Cinco tipos de esforço) 4–40 mm
  • Material da chapa (Enrijecer uma chapa) Alumínio, Aço, Polipropileno, Papelão
  • Espessura da chapa (Enrijecer uma chapa) 0,5–3 mm
  • Forma (Enrijecer uma chapa) Plana, Dobrada, Ondulada, Com nervuras, Laminada, Com alma (perfil I)
  • Altura da dobra, onda, nervura ou alma (Enrijecer uma chapa) 5–40 mm
  • Camadas (Enrijecer uma chapa) 2–6
  • Camadas coladas (Enrijecer uma chapa)
  • Carga no meio do vão (Enrijecer uma chapa) 1–500 N
  • Montagem (Laboratório da régua) Em balanço (engastada numa ponta), Apoiada nas duas pontas, carga no meio
  • Régua (Laboratório da régua) Régua A, Régua B, Régua C
  • Comprimento L (Laboratório da régua) 30–90 cm
  • Espessura da régua d (Laboratório da régua) 4–8 mm
  • Massa pendurada (Laboratório da régua) 0–500 g

Perguntas para explorar

  1. Por que uma barra longa e fina falha com uma carga muito menor em compressão do que em tração?
  2. Por que o papelão ondulado verga muito menos que um papelão plano feito da mesma folha?
  3. Como muda a flecha de uma viga em balanço quando seu comprimento dobra?

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