M6 Elasticidade e Comportamento Frágil

Tópico

A resposta elástica deste vidro a uma carga aplicada segue a Lei de Hooke linearmente desde o momento da aplicação da carga até o momento da fratura, sem qualquer fase intermediária de comportamento plástico. Ao contrário de uma estrutura policristalina, onde os contornos de grão podem introduzir mecanismos de deformação adicionais, este vidro, que não possui contornos de grão, responde à Lei de Hooke continuamente até a fratura. A ausência de contornos de grão, em vez da microestrutura granular de uma estrutura policristalina, significa que sua resposta elástica não possui mecanismos adicionais para se desviar desta Lei de Hooke linear, mesmo próximo à fratura.

Como este vidro responde desta forma, de acordo com a Lei de Hooke, até o momento da fratura, toda a energia que ele absorve enquanto se deforma elasticamente é armazenada como energia elástica, sem que nenhuma deformação plástica a dissipe ao longo do processo. Essa mesma energia elástica é o que, no momento da fratura, é repentinamente liberada para alimentar a propagação da trinca. O fato de este vidro acumular mais energia elástica antes de fraturar, para a mesma deformação, significa que ele libera mais energia no momento da fratura, tornando-a disponível para a propagação da trinca. Essa mesma rigidez elástica do vidro, já descrita pela Lei de Hooke, pode ser determinada experimentalmente a partir da velocidade do som no interior do próprio material: um pulso ultrassônico que atravessa esse vidro viaja a uma velocidade que depende diretamente do seu módulo de Young e da sua densidade. Portanto, medir essa velocidade do som permite calcular o módulo de Young sem submeter o vidro a qualquer teste destrutivo. O fato de a velocidade do som medida dentro desse vidro ser maior significa que, para a mesma densidade, o módulo de Young calculado a partir dela também é maior.

Portanto, esse modelo, com sua resposta elástica e a Lei de Hooke, é formalmente idêntico a outro modelo de um conjunto diferente, aquele que descreve o comportamento elástico-frágil de uma cerâmica de acordo com a mesma Lei de Hooke e energia elástica, com a única diferença de que o modelo cerâmico deve levar em conta a contribuição dos seus contornos de grão, que esse vidro não possui. O fato de esse método ultrassônico determinar o módulo de Young desse vidro a partir de uma grandeza indireta e facilmente mensurável, sem a necessidade de testes destrutivos, significa que ele compartilha a mesma lógica de caracterização indireta com outros dois modelos desse conjunto: o que determina a temperatura de transição vítrea a partir da inclinação de uma curva de dilatação e o que determina a viscosidade desse vidro a partir da taxa de deformação de uma amostra sob carga constante.

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