Experimentos para medir a pressão e força necessárias para esmagar um objeto

Escrito por brennan bennett | Traduzido por a. araújo
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Experimentos para medir a pressão e força necessárias para esmagar um objeto
Experimentos com força variam por conta da estrutura e composição dos objetos (Jupiterimages/Goodshoot/Getty Images)

A elaboração de um experimento para testar a força ou pressão de esmagamento de um objeto é determinada por muitas variáveis. O objeto a ser esmagado é oco ou sólido? O objeto tem uma forma geométrica ou aleatória? Sua estrutura é homogênea ou heterogênea (aço ou pedra, por exemplo)? O objeto é dúctil ou frágil? Objetos sólidos, dúcteis, não podem ser esmagados por força ou pressão: eles tendem a deformar. O ponto de esmagamento seria impossível de definir.

Força e pressão estão relacionadas pela equação p = F/A, onde p é a pressão em pascal, F é a força em newtons e A é a secção transversal do objeto em metros quadrados. Será necessário medir duas das três variáveis para calcular a terceira.

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Teste de peso morto

O teste de peso morto é de longe o mais simples e direto método de testar a força e pressão de esmagamento. Em seu nível mais básico, ele requer uma balança de banheiro, um paquímetro para medir a espessura da parede e alguns pesos (no contexto escolar, livros funcionam bem). Coloque uma lata na balança e anote o peso; depois, comece a acrescentar pesos no topo da lata. Se estiver utilizando livros, posicione cuidadosamente cada livro, tentando não sobrecarregar apenas um dos lados. Observa a balança e continue a colocar mais livros até que eles caiam. Anote o peso na balança quando isso ocorrer; subtraia dele o peso inicial para obter a força de esmagamento. Para calcular a pressão de esmagamento, é preciso determinar a área da secção transversal do objeto. Caso seja uma lata de refrigerante ou similar, meça a espessura da lata e o perímetro e multiplique os dois para obter a área. Divida a força pela área para obter a pressão de esmagamento.

Experimentos para medir a pressão e força necessárias para esmagar um objeto
Experimentos de peso morto podem ser utilizados com uma variedade de balanças e ferramentas (Viewstock/Digital Vision/Getty Images)

Teste de pressão atmosférica

O teste de pressão parcial funcionará apenas em objetos que possam ser esmagados com uma pressão de 101,5 MPa ou menos. Esse experimento, novamente, é útil em latas de refrigerante ou outras latas com uma pequena abertura no topo; para realizá-lo, você precisará de uma bomba de vácuo manual com um vacuômetro, fita adesiva, mangueira de vácuo de diâmetro pequeno e calafetação.

Coloque fita adesiva sobre a abertura da lata e sele-a de forma que o ar não possa entrar. Pegue uma chave de fenda e faça na parte inferior da lata um buraco que não seja maior que a mangueira, talvez um pouco menor. Insira a mangueira, afixe-a à bomba de vácuo e comece a bombear o ar lentamente para fora da lata até que as paredes comecem a dobrar e anote o nível de vácuo em que isso acontece. Subtraia essa pressão da pressão atmosférica (101,5 MPa). O resultado é a pressão necessária para esmagar a lata. Com as medidas de diâmetro e altura, é possível calcular a área de superfície da lata. Multiplicando esse número pela pressão de esmagamento, obtém-se a força de esmagamento.

Experimentos para medir a pressão e força necessárias para esmagar um objeto
A pressão do vácuo pode ser facilmente testada através de um teste de pressão atmosférica (Jeffrey Hamilton/Lifesize/Getty Images)

Teste de esmagamento por faixa

Caso o objeto a ser esmagado tenha paredes mais espessas, mas ainda possa ser esmagado por um alicate ou com as mãos nuas, um método alternativo chamado teste de esmagamento por faixa pode ser utilizado. Será necessária uma balança de mola, uma faixa de 1,20 m de material inelástico (a faixa de plástico que vem em caixas de papel de impressão ou caixas de papelão funciona muito bem), e dois alicates de bloqueio.

Meça a largura da faixa e prenda uma de suas extremidades com um alicate. Coloque o objeto sobre uma superfície plana e enrole a faixa uma vez ao redor dele. Coloque a extremidade fechada da balança de mola em um dos dentes do alicate e prenda-a junto à faixa. Com um parceiro segurando uma extremidade, puxe a faixa até que fique retesada e anote o peso; essa é a tara do conjunto. Comece a puxar lentamente a extremidade aberta da balança de mola. A faixa irá se retesar e, com a força contínua puxando-a, começará a esmagar a lata. Pare quando a lata começar a deformar e anote o peso.

A pressão de esmagamento é encontrada subtraindo-se o peso do conjunto pelo peso de esmagamento. Com a largura da faixa e a circunferência da lata, é possível determinar a área da faixa em contato com a lata. Divindindo a força por esse valor, obtém-se a pressão de esmagamento de lata.

Experimento de implosão por alta pressão

Este experimento deve ser realizado com equipamento profissional, certificado e calibrado, normalmente presente em laboratórios.

Caso queira determinar a pressão de esmagamento de um objeto oco e relativamente pesado — um pedaço de cano de alumínio, por exemplo —, será necessária uma câmara de compressão, um tanque preenchido com água e conectado a uma bomba que pode produzir milhares de libras de pressão. Para esmagar de forma eficaz uma amostra nessa câmara, ela deve estar hermeticamente fechada. Sele as extremidades através de soldagem, bronzeamento, amassando ou quaisquer outros meios necessários. Antes de fazer a última solda, deixe o objeto resfriar até alcançar a temperatura ambiente — assim, o ar dentro do objeto estará a 1 atm. Termine de lacrar o objeto.

Coloque o objeto na câmara de compressão e ancore-a ao fundo, caso necessário. Sele a câmara e comece a aumentar a pressão de água dentro da câmara até perceber que o objeto começou a deformar. Anote a pressão e descomprima a câmara. Você acaba de encontrar a pressão de esmagamento do objeto e pode descobrir a força de esmagamento ao determinar sua área da superfície.

Experimentos para medir a pressão e força necessárias para esmagar um objeto
Testes de compressão são mais seguros quando realizados em um ambiente controlado, como um laboratório (Jupiterimages/Photos.com/Getty Images)

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