Materiais

MATERIAIS

Os materiais estão totalmente a nossa volta, estão engajados em nossa cultura e presentes em nossa mais ampla existência. Ele tem estado tão intimamente relacionado com a emergência e ascensão do homem, que acabaram por dar nome a Idades de civilização, como a da Pedra, a do Bronze e a do Ferro.

Ocorrendo naturalmente ou elaborados pelo homem, os materiais tem se tornado parte integrante de nossas vidas a ponto de serem freqüentemente classificados segundo “classe de destino ou de origem”, como alimento, espaço vital energia e informação, todos os recursos fundamentais para a humanidade. Os materiais são indubitavelmente, a substância de trabalho de nossa sociedade; desempenham uma função crucial não somente em nosso desenvolvimento natural de vida, mas, também, no bem estar na segurança de nações.

Mas o que são materiais? Como os entendemos, manipulamos e usamos?

Materiais são obviamente, uma parte da matéria no universo, de forma mais especifica, são as substancias cujas propriedades as tornam utilizáveis em estruturas, maquinas, dispositivos, ou produtos consumíveis. Nelas se incluem metais, cerâmicos, semicondutores, supercondutores, polímeros (plásticos), vidros, dielétricos, fibras, madeira, areia, pedra e vários conjugados. Sua produção e seu processamento visando a obtenção de produtos acabados absorvem alta percentagem dos empregos e contribuem com grande parcela do produto nacional bruto.

O obrigatório cuidado na proteção ao corpo humano acabou por incluir os alimentos, as drogas, a biomassa, os fertilizantes etc., na classe universal dos materiais, embora ainda perdure a sistemática de seu estudo especifico junto às ciências biológicas e de agricultura. Por razões similares, os combustíveis fósseis, a água e o ar, evidentemente inclusos no conceito geral de materiais, são usualmente tratados com mais profundidade em campos particulares de estudo.

Os materiais da humanidade podem ser visualizados como que fluindo num vasto ciclo de materiais – um sistema global de transformação regenerativa. Materiais no estado bruto são extraídos da terra por mineração, perfuração, escavação ou colheita. Daí são convertidos em materiais de base, como lingotes metálicos, pedra compactada, produtos petroquímicos e madeira serrada. Como brutos intermediários, são então transformados em materiais de engenharia, como um fio eletrocondutor, um perfil estrutural de aço, concreto, componentes plásticos e compensados de madeira, atingindo-se assim o produto final que a sociedade requer. Após o seu desempenho a serviço do homem, estes materiais, já como sucata, percorrem um caminho de volta à terra, ou, preferivelmente, se possível e viável, repenetram no ciclo de processamento para uso ulterior.

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

Cada engenheiro ou cientista aplicado – mecânico, civil, elétrico ou outro – está vitalmente relacionado com os materiais disponíveis para uso. Quer o produto seja uma ponte, um computador, um veiculo espacial, uma marca-passo, um reator nuclear ou um sistema de axaustão de um carro, o engenheiro precisa ter um intimo conhecimento das propriedades e características de comportamento dos materiais que ele se propõe a usar. Considere por um instante a variedade de materiais usados na fabricação de um automóvel: ferro, aço, vidro, plásticos, borracha e muitos outros. E apenas o aço há, aproximadamente 2.000 variedades ou modificações. Em que se baseia a seleção do material necessário para fabricação de uma peça especifica?

Ao fazer a escolha, o projetista precisa levar em conta propriedades tais como resistência mecânica, condutividade térmica e/ou elétrica, densidade e outras. Mas devemos considerar o comportamento do material durante o processamento e uso (onde conformabilidade, usinabilidade, estabilidade elétrica, durabilidade química e reação à radiação são importantes), tanto quanto o seu custo e sua disponibilidade. Por exemplo, o aço para mecanismos de transmissão deve ser facilmente usinado em produção, mas tem que ser suficientemente tenaz para suportar o uso pesado. Os pára-choques precisam ser feitos de um metal que possa ser facilmente conformado, mas capaz de resistir à deformação no caso de um impacto. Fios elétricos precisam ter a capacidade de suportar os extremos de temperatura e semicondutores precisam manter constantes, por longo tempo, suas características de corrente/tensão.

Muitos desenvolvimentos técnicos dependem do desenvolvimento de materiais completamente novos. Por exemplo, o transistor não poderia ter sido construído com os materiais disponíveis apenas há poucos anos; o desenvolvimento dos lasers requerem novos tipos de cristais e vidros, o revestimento das naves espaciais norte americanas que resistem a mudança de temperaturas, sem danificar os demais componentes.

Estrutura interna - Como é impossível os engenheiros ou cientistas disporem de um conhecimento detalhado dos milhares de materiais disponíveis, bem como, manterem-se informados das novas descobertas, eles devem pelo menos, dispor de uma base firme sobre os princípios que regem as propriedades de todos os materiais. Sendo o principio de maior valor: as propriedades de um material originarem-se na sua estrutura interna. É como dizer a respeito de um televisor, o usuário não necessita saber o seu funcionamento interno, basta para ele saber girar o botão e ligar, mas para um técnico é imprescindível o conhecimento do funcionamento interno do aparelho.

PROPRIEDADE MECANICA

Muitos materiais, quando em serviço, estão sujeitos a forças ou cargas; alguns exemplos são a liga de alumínio a partir da qual a asa de um avião é construída e o aço no eixo de um automóvel. Em tais situações, torna-se necessário conhecer as características do material e projetar o membro a partir do qual ele é feito, de tal maneira que qualquer deformação resultante não seja excessiva e não ocorra fratura.

O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre a sua resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada. Algumas propriedades mecânicas importantes são a resistência, a dureza, a ductilidade e a rigidez.

As propriedades mecânicas dos materiais são duramente testadas em laboratórios onde são verificadas o mais fielmente possível a sua utilização em condições de serviço.

O papel dos engenheiros estruturais é o de determinar as tensões e as distribuições de tensão dentro dos membros que estão sujeitos