Índice de Poisson vs Módulo de Young: O que significam e por que são importantes

Em Maquinação IstarNa nossa empresa, trabalhamos com muitos materiais. Precisamos de saber como se comportam quando os puxamos ou empurramos. Duas grandes ideias ajudam-nos a compreender isto: Coeficiente de Poisson e Módulo de Young. Vamos aprender sobre eles de uma forma que seja fácil de entender.

O que são estas palavras grandes?

Quando puxamos por uma coisa:

• Módulo de Young diz-nos como é difícil esticar
• Coeficiente de Poisson diz-nos o quanto fica mais magro quando o esticamos

Pense num elástico. É fácil de esticar (baixo módulo de Young). Quando o puxamos, fica mais fino no meio (coeficiente de Poisson elevado).

Agora pense num barra de aço como usamos na nossa Serviço de maquinagem CNC. É difícil de esticar (módulo de Young elevado). Quando o puxamos, quase não fica mais fino (coeficiente de Poisson médio).

Módulo de Young: O número de estiramento

O módulo de Young é um número grande que nos indica a rigidez de uma coisa. Escrevemo-lo como E.

• O que mede: Como é difícil fazer algo mais longo
• Big E = Difícil de esticar (como o aço ou o diamante)
• Pequeno E = Fácil de esticar (como a borracha)
• Unidades: Medimo-la em GPa (é muita pressão!)

Em Maquinação Istarprecisamos de saber isto quando fabricar peças de metal ou outras coisas.

Coeficiente de Poisson: O número magro

O coeficiente de Poisson diz-nos o quanto algo fica mais magro quando o puxamos. Escrevemo-lo como ν (a letra grega nu).

• O que mede: Quanto mais fino algo fica quando esticado
• ν = 0.5 significa que mantém o mesmo tamanho global (como a borracha)
• ν = 0 significa que não fica magro de todo (como a cortiça)
• ν < 0 significa que fica mais gordo quando é puxado! (materiais estranhos chamados auxéticos)
• Nenhuma unidade: É apenas um número, não é medido em polegadas ou algo do género

Quando o fazemos fresagem CNC de precisãoPrecisamos de pensar também neste número.

Grande tabela de materiais

Aqui está uma tabela que mostra ambos os números para o material com que trabalhamos na Maquinação Istar:

Porque é que estes números são importantes?

Quando fabricamos peças em Maquinação IstarPrecisamos de saber como é que eles vão atuar:

1. Se fizermos uma mola: Precisamos de algo com E baixo (fácil de esticar)
2. Se fizermos uma ferramenta: Precisamos de algo com Mi agudo (difícil de esticar)
3. Se fizermos um selo: Precisamos de algo com um ν elevado (mantém o seu tamanho)
4. Se fizermos uma peça de choque: Podemos querer um ν baixo ou mesmo negativo

Exemplos da vida real

Aço vs. Borracha

• Aço (E = 200 GPa, ν = 0,3)
  • Muito difícil de esticar
  • Fica um pouco magro quando é puxado
  • Bom para peças fortes
• Borracha (E = 0,01 GPa, ν = 0,5)
  • Muito fácil de esticar
  • Fica muito magro quando é puxado
  • Bom para peças que precisam de ser dobradas

Exemplo fixe: Cortiça

A cortiça tem um coeficiente de Poisson próximo de zero. Isto significa que, quando se empurra uma rolha, ela não se projecta para fora dos lados! É por isso que é boa para garrafas de vinho - pode espremer-se sem pressionar demasiado o vidro.

No nosso Maquinação de protótipos CNC Por vezes, fabricamos peças que têm de funcionar como cortiça.

Quando os dois números trabalham juntos

Alguns cálculos mostram como estes números funcionam em conjunto:

• Módulo de cisalhamento (G) = E / [2(1+ν)]
• Módulo de massa (K) = E / [3(1-2ν)]

Estes dizem-nos como os materiais actuam quando os torcemos ou apertamos.

O que acontece nos empregos reais?

Asas de avião

Ao fabricar peças de avião com maquinagem CNC de alumínioprecisamos de saber:

• O módulo de Young (E) diz-nos quanto é que a asa se dobra com o vento
• O coeficiente de Poisson (ν) diz-nos como a forma irá mudar

Peças médicas

Para maquinagem CNC médicaA partir do momento em que o corpo é fabricado, é frequente fazermos peças que vão para o corpo:

• O osso tem E cerca de 20 GPa e ν cerca de 0,3
• Se fizermos uma peça de osso falsa, tem de ter os mesmos números ou não funcionará corretamente

Factos divertidos sobre estes números

• A maioria dos materiais têm ν entre 0 e 0,5
• Borracha tem ν quase exatamente igual a 0,5, o que significa que o seu tamanho se mantém globalmente igual
• Algumas espumas têm ν negativo, o que significa que ficam mais gordos quando são puxados!
• Diamante tem o E mais elevado de todos os materiais naturais

Ideias erradas que as pessoas têm

Ideia errada #1: "O coeficiente de Poisson é sempre positivo."

Verdade: Alguns materiais especiais têm coeficiente de Poisson negativo. Ficam mais gordos quando os puxamos!

Ideia errada #2: "O módulo de Young é tudo o que importa para a resistência."

Verdade: Um material pode ter um E elevado mas partir-se facilmente. Os outros números também são importantes!

Perguntas que as pessoas fazem

Como utilizamos isto na Istar Machining

Quando o fazemos maquinagem CNC personalizadaPensamos nestes números a toda a hora:

1. Escolher o material correto: Diferentes trabalhos necessitam de diferentes E e ν
2. Fazer peças que se encaixam umas nas outras: Precisamos de saber em que medida as peças vão mudar de forma
3. Peças de ensaio: Podemos verificar se as nossas peças têm os valores corretos de E e ν

Estudo de caso real: Peças para automóveis

Um fabricante de automóveis pediu-nos para fabricar peças para um carro novo. Utilizámos o nosso maquinagem CNC para automóveis competências. As peças tinham de:

• Ser forte (Mi agudo)
• Não fica demasiado fino quando puxado (médio ν)
• Não se parte quando é atingido (boa resistência)

Escolhemos um aço especial com E = 205 GPa e ν = 0,29, e as peças funcionaram muito bem!

Porque é que precisa de ambos os números

Pode perguntar-se: "Porque é que precisamos de dois números? Um não é suficiente?"

A resposta é não! Estes dois números dizem-nos coisas diferentes:

• E fala-nos de alongamentos
• ν fala-nos de ficar magro

Ambos são importantes para a produção de boas peças.

Materiais com números estranhos

Alguns materiais têm números muito especiais:

• Cortiça: ν ≈ 0 (não fica mais magro quando premido)
• Espumas auxiliares: ν < 0 (engordam quando puxados)
• Diamante: E = 1220 GPa (extremamente difícil de esticar)
• Geleia: E muito baixo (super fácil de esmagar)

Em Maquinação IstarPor vezes, trabalhamos com estes materiais estranhos para trabalhos especiais.

O que recordar

As grandes ideias a levar para casa são:

1. Módulo de Young (E) diz o quão difícil é esticar algo
2. Coeficiente de Poisson (ν) indica o quanto mais magro fica quando esticado
3. Ambos os números ajuda-nos a escolher o material certo para um trabalho
4. Os materiais actuam de forma diferente com base nestes números

Da próxima vez que vires um elástico ou uma viga de aço, pensa nestes números!

Como saber mais

Se quiser saber mais sobre como funcionam os materiais e como os utilizamos na maquinagem, pode fazê-lo:

1. Fale com a nossa equipa em Maquinação Istar
2. Pergunte-nos sobre o nosso Maquinação de peças CNC serviços
3. Saiba mais sobre o nosso trabalho com diferentes materiais

Esperamos que isto te ajude a compreender estas ideias importantes. Lembre-se, saber como os materiais funcionam ajuda-nos a fazer coisas melhores!

[^1]: Os dados relativos às propriedades dos materiais provêm de manuais de engenharia e de referências da ciência dos materiais. [^2]: O módulo de Young é medido em GPa (gigapascals), que é uma medida de pressão ou tensão. [^3]: O Coeficiente de Poisson é um número adimensional, ou seja, não tem unidades. [^4]: Alguns materiais especializados, como as espumas auxéticas, têm valores negativos de coeficiente de Poisson, o que é contrário ao que observamos na maioria dos materiais comuns. [^5]: Na Istar Machining, consideramos estas propriedades dos materiais quando seleccionamos os materiais ideais para aplicações específicas nos nossos processos de fabrico CNC.