EXERCICIOS ciência dos materiais

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20241E – Março - Ciência dos Materiais 
Assunto 01 - Estrutura Cristalina e Amorfa dos Materiais 
1. A 20°C, o ferro apresenta a estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), sendo o raio atômico 0,124 
nm. Calcule o parâmetro de rede "a" da célula unitária do ferro e, de acordo com o conhecimento 
adquirido nesta Unidade de Aprendizagem, assinale a alternativa correta. 
Resposta: 0,2864 nm. 
 
 
 
2. Calcule o fator de empacotamento atômico de uma célula unitária CCC. Com base na 
resposta do seu cálculo, podemos afirmar que: 
 
 Resposta: Isso significa que 68% do volume da célula unitária CCC está 
ocupado pelos átomos; o restante, 32%, é espaço vazio. 
 
 
 
3. Com base em seu conhecimento a respeito das principais estruturas cristalinas dos 
metais, assinale a alternativa INCORRETA. 
 
Resposta: A estrutura cristalina HC possui numero de coordenação 8, ou seja, nesta 
célula, vemos que o átomo central está rodeado por 8 vizinhos mais próximos. 
 
4. Com base no que aprendemos ao longo desta Unidade de Aprendizagem, indique a 
alternativa que informa corretamente a estrutura cristalina dos seguintes metais: 
molibdênio, tântalo, cromo, ouro, platina, zircônio e zinco. 
 
 RESPOSTA: CCC, CCC, CCC, CFC, CFC, HC e HC. 
 
 
5. Utilizando o que aprendemos a respeito de materiais amorfos, assinale a alternativa 
incorreta. 
Resposta: Ligas de 78% Fe-9%Si-13%B possuem estrutura cristalina, quando 
solidificados rapidamente e com velocidade de resfriamento superior a 108ºC/s. 
 
 
Assunto 02 - Difusão 
1- Escolha a alternativa que justifique por que a difusão intersticial é mais rápida do que 
a difusão por lacunas. 
Resposta: Os átomos intersticiais possuem maior mobilidade. 
 
2-Utilize o conceito de DIFUSÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO para resolver a 
questão a seguir. Uma placa de ferro é exposta a uma atmosfera rica em carbono por um 
desses seus lados e a uma atmosfera deficiente em carbono pelo outro lado a 700ºC. Se 
uma condição de estado estacionário é atingida, calcule o fluxo difusivo do carbono 
através da placa, conhecendo as concentrações do Carbono "Ca e Cb", respectivamente 
nas posições 5 e a 10 mm seguintes à superfície carbonetante. Dados: 
Ca = 1,2 kg/m3 
Cb = 0,8 kg/m3 
D = 3 x 10-11 m2/s 
Resposta: 2,4 x 10-9kg/m2s. 
 
3- Calcule o valor do coeficiente de difusão D, em m2/s, do carbono no Feγ (CFC), a 
950°C. Dados: D0 = 2,0 x 10-5 m2/s Q = 142 kJ/mol. 
Resposta: 1,73 x 10-11m2/s. 
 
4- Assinale a alternativa correta: 
Resposta: Autodifusão é o processo de difusão dos metais puros. 
 
5- Assinale a alternativa CORRETA e utilize seus conhecimentos a respeito dos dois 
mecanismos de difusão existentes. 
Resposta: A primeira Lei de Fick estabelece que difusão e gradiente de 
concentração são inversamente propocionais. 
 
Assunto 03 - Diagramas de Fase 
1-A que se refere o termo equilíbrio de fases, empregado com frequência no contexto dos 
diagramas de fases? 
Resposta: Ao equilíbrio, na medida em que este se aplica a sistemas nos quais 
pode existir mais do que uma única fase. 
 
2- O que é uma fase? 
Resposta: Pode ser definida como uma porção homogênea de um sistema que 
possui características físicas e químicas uniformes. 
3- Nos diagramas de fase, em um material ou liga com uma dada composição, com uma 
temperatura conhecida e que está em equilíbrio, é possível determinar? 
 
Resposta: As fases, as composições e a fração mássica das fases no material. 
 
4- Desenvolva a regra da alavanca a partir dos dados da figura a seguir. 
Resposta: WL= (Cα-Co)/(Cα-CL) Wα= (Co-CL)/(Cα-CL) CERTO 
 
 
 
 
 
5- Para a leitura do diagrama de fases, se tiver um material com substâncias puras, e uma 
liga de dois metais, em que a mistura ou liga entre os dois metais é conhecida por liga 
binária. Um exemplo pode ser o ouro, ao qual uma joia de 18k, constituído por 75% de 
ou e 25% de cobre ou prata, constitui um sistema com dois componentes. Desta forma é 
fundamental saber realizar a leitura de diagramas. 
Sobre as afirmações a seguir podemos dizer que: 
I) A leitura de diagramas isomorfos é feita primeiramente definindo o par composição e 
temperatura desejada. Esse par define um ponto no diagrama. 
II) Se o ponto desejado estiver num campo onde somente existe uma fase, a composição 
já está definida, e a fase é a indicada no campo do diagrama. 
III) Se o ponto estiver numa região onde existem duas fases em equilíbrio, a determinação 
da composição das fases presentes é possível traçando-se um segmento de reta horizontal 
que passa pelo ponto e atinge as duas linhas que delimitam o campo de duas fases (linhas 
liquidus e solidus). 
IV) As composições das fases líquida e sólida são dadas pelas intersecções deste 
segmento de reta e as respectivas linhas de contorno. 
Resposta: Todas estão corretas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assunto 04 - Ensaios destrutivos 
1- Qual das alternativas indica condições de realização de ensaios mecânicos destrutivos? 
Resposta: Natureza da carga aplicada, duração da aplicação da carga e condições 
ambientais. 
 
2- Segundo Calister (2008), qual ensaio é o mais executado para determinar a curva 
tensão-deformação? 
Resposta: Ensaio de tração. 
 
3- A imagem a seguir é representativa de qual ensaio mecânico? 
 
Resposta: Ensaio de torção 
 
4-Qual das alternativas indica o ensaio que consiste na aplicação de carga cíclica em um 
corpo de prova normalizado? 
Resposta: Ensaio de fadiga. 
 
5- Qual das alternativas indica o ensaio utilizado para verificação das propriedades 
mecânicas ou análise de falhas de equipamentos que trabalham em temperaturas 
elevadas? 
Resposta: Ensaio de fluência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assunto 05 - Propriedades mecânicas: resistência, ductilidade, 
elasticidade, dureza, fadiga, fluência, tenacidade 
1-Dentre as propriedades a seguir, qual é aquela que se refere à capacidade de um material 
absorver energia antes de se fraturar? Quais materiais são caracterizados por ter tal 
propriedade em exiguidade? 
Resposta: Tenacidade. Materiais cerâmicos. 
 
2- Um pedaço de aço, originalmente com 500mm de comprimento, é tracionado com uma 
tensão de 200MPa. Se a sua deformação é inteiramente elástica, qual será o alongamento 
resultante? O módulo de elasticidade do aço é de 207GPa. 
Resposta: 0,485mm. 
 
 
 
 
3- Em que ensaio é aplicada uma camada penetrante na superfície do material e depois é 
retirado o excesso, permitindo assim a identificação da região em que há penetração do 
líquido, indicando fissura no material? Esse ensaio é destrutivo ou não? 
Resposta: Ensaio por líquido penetrante. Ensaio não destrutivo. 
 
4- Em relação aos ensaios de dureza, é correto afirmar: 
Resposta: A principal diferença entre um ensaio Vickers e um Brinell é a forma 
como é feita a impressão. 
 
 
5- Sobre módulo de elasticidade, assinale a alternativa correta. 
Resposta: É uma propriedade que se relaciona com o limite de escoamento e o limite 
de ruptura. 
 
Assunto 06 - Propriedades Elétricas dos Materiais 
1-Calcule a resistividade elétrica do alumínio a 213ºC utilizando o coeficiente térmico de 
resistividade disponibilizado na tabela a baixo. 
Resposta: 4,94 x10-8 Ωm. 
 
2-Assinale a resposta que corresponda ao cálculo da resistividade elétrica do Cu puro a 
140ºC. Utilize a tabela em anexo para obter o coeficiente térmico do cobre. 
 Resposta: 2,47 x10-8 Ωm. 
 
 
3-Assinale a alternativa correta a respeito das propriedades e características dos materiais 
isolantes. 
Resposta: São isolantes e possuem uma banda proibida muito larga e difícil de ser 
suplantada.
4-Assinale a alternativa incorreta a respeito das PROPRIEDADES ELÉTRICAS DOS 
METAIS. 
Resposta: Não possuem elétrons livres e por este motivo apresentam baixa 
condutividade elétrica. 
5-Assinale a alternativa correta a respeito da condutividade e resistividade elétrica dos 
materiais semicondutores.Resposta: A resistividade diminui com o aumento da presença de dopantes nos 
cristais. 
 
Assunto 07 - Propriedades Óticas 
1-A ideia de ______________ da energia, introduzida por Max Planck em meados de 
1900, mesmo ano conhecido como revolucionário no ramo da física, foi uma descoberta 
importante para que Einstein desenvolvesse sua teoria sobre o efeito fotoelétrico. Assinale 
a alternativa que preenche a lacuna de forma correta. 
Resposta: quantização. 
 
 
2- Quanto ao efeito fotoelétrico, analise as afirmações a seguir: 
I) Elétrons de uma onda eletromagnética podem se propagar em um meio uniforme de 
maneira contínua. 
II) Há emissão de elétrons quando uma onda eletromagnética incide em uma superfície 
metálica. 
III) Nos metais, o efeito fotoelétrico pode ser descrito como a decomposição da corrente 
elétrica por fótons de determinada energia. 
Pode-se dizer que: 
Resposta: somente II está correta. 
 
3- Quanto às propriedades óticas, analise as afirmações a seguir: 
I) Luminescência é definida como a absorção de energia por uma substância que emite 
radiação visível espontaneamente. 
II) Catodoluminescência é um tipo de luminescência produzida por um catodo energizado 
que gera um feixe de elétrons. 
III) Na fotoluminescência, a radiação de um arco de vapor de mercúrio de baixa pressão 
é convertida em luz visível. 
Pode-se dizer que: 
Resposta: I, II e III estão corretas. 
 
 
4- Utilize a Lei de Snell para resolver essa questão. Qual é o ângulo crítico φc para a luz 
ser totalmente refletida ao deixar uma placa plana de vidro de soda-cal-sílica (n = 1,51) e 
penetrar no ar (n = 1)? 
Resposta: O ângulo crítico será de 41,5º. 
 
5- Calcule a refletividade da luz incidente comum na superfície polida e plana de um 
vidro silicato com índice de refração de 1,55. 
Resposta: 0,046 OU 4,65% REFLETIVIDADE PERCENTUAL. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assunto 08 - Materiais Compósitos 
1-Em relação à classificação dos materiais compósitos, estes podem ser divididos em 
diferentes formas. Assinale a alternativa CORRETA: 
Resposta: Apresentam a estrutura das fibras, que podem ser fibrosas, laminadas e 
particuladas. 
 
 
2- Os materiais compósitos podem apresentar diferentes processos de fabricação. Qual é 
o processo mais simples em relação aos compósitos reforçados com fibras? 
Resposta: Processo de deposição manual. 
 
3-Em relação às propriedades dos materiais compósitos, qual é a alternativa CORRETA? 
Resposta: O principal objetivo do uso de materiais compósitos é garantir uma maior 
resistência e maior durabilidade de determinado objeto/utensílio. 
 
4- Em relação aos diâmetros, as fibras apresentam diferentes classificações. Assinale a 
alternativa que apresenta monocristais muito finos com razões comprimento-diâmetro 
extremamente grandes: 
Resposta: Uísqueres. 
 
5- Assinale a alternativa CORRETA em relação aos materiais compósitos: 
Resposta: A equação que relaciona o módulo de elasticidade do compósito com os 
módulos de elasticidade da fibra e da matriz, e com as respectivas percentagens em 
volume, é conhecida como regra das misturas para compósitos binários. 
 
 
 
 
 
 
 
Exercícios testes Laboratórios 
Virtuais 
 
Ensaio de Tração/Pré Teste 
 
 
 
 
3. Observe o gráfico tensão versus deformação abaixo e responda: O que representa 
o ponto D do gráfico? 
 
 
 
 
 
Ensaio de Tração/Pós Teste 
 
 
 
 
 
3. Qual o valor do módulo de elasticidade de um aço carbono 1020 que sofreu uma 
deformação no seu regime elástico de 0,001809m e 380Mpa? 
 
4. Com base no experimento pode-se afirmar que: 
 
 
 
 
Exercícios testes Laboratórios 
Virtuais 
Ensaio de Compressão/PréTeste 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ensaio de Compressão/Pós Teste 
1- Durante a realização do ensaio de compressão, a carga aplicada sobre o corpo de prova 
proporciona ao material uma taxa de redução em seu comprimento inicial, até que 
deformação recomendada para o ensaio seja atingida. Qual porcentagem de redução no 
comprimento do corpo de prova após a realização do experimento? 
 
 
 
3- Qual o valor do módulo de elasticidade de latão vermelho que sofreu uma deformação no 
seu regime elástico de 0,00198 m e 200 MPa? 
 
4. Com base no experimento que você realizou pode-se afirmar que: