Propriedade dos Materiais

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Manuella Soussa Braga  
2018/2 - 4º período  
PROPRIEDADE FÍSICA DOS MATERIAIS  
 
As propriedades f ísicas são determinadas a partir do comportamento do material quando                        
submetido à força de campo, às condições ambientais, às cargas elétricas e outras                          
condições. Podem-se ter propriedades mecânicas ( resistência, rigidez, dureza, ductilidade e                    
resiliência etc), elétricas (condutividade elétrica), térmicas (condutividade térmica, temp. de                    
fusão, calor específico e coeficiente de expansão térmica), ópticas (cor, opalescência,                      
fluorescência, transmitância, absorbância), magnéticas e radioativas.  
 
Toda a resposta que um material emite quando submetido a uma determinada condição                          
depende do tipo de átomo que o constitui, bem como suas ligações interatômicas (metálica,                            
iônica etc), dos tipos de arranjos atômicos microestruturais (organizados/cristais e                    
aleatórios) e a macroestrutura.   
 
1 PROPRIEDADES TÉRMICAS   
 
Entende-se por propriedade térmica a resposta ou reação do material na aplicação de calor,                            
seja pela presença ou ausência dele (mais ou menos). O conjunto de propriedades térmicas                            
(dados numericamente) determinará se um material é condutor ou isolante, o que                        
influenciará na sua aplicação prática.   
  
Uma mudança térmica poderá levar há uma alteração na cinética daquele material, alterando suas dimensões  
ocupadas, ou seja, seu volume que, se não for de conhecimento prévio, poderá causar problemas (tópico 1.1).   
 
 
CALOR ESPECÍFICO : é a quantidade necessária de calor para elevar a temperatura em uma                            
unidade de massa de uma substância em 1ºC. Na prática, aquele material que eu consigo                              
elevar 1ºC com uma menor quantidade de calor está mais propenso a sofrer alguma                            
alteração interna (por ex. conduzir calor mais rapidamente).   
 
CONDUTIVIDADE TÉRMICA : é a quantidade de calor que passa através de um corpo de                            
1cm de comprimento e 1cm² de área de secção transversal a cada segundo. De maneira                              
geral, é a capacidade de um material conduzir calor. (p. ex. a dentadura é feita de um                                  
material com baixa condutividade térmica, ou seja, isolante, visto que a mesma ocupa todo o                              
palato e rebordo alveolar do paciente, logo seria uma forma de proteção contra                          
queimaduras.)   
 
Dos materiais restauradores, os metais são condutores compondo restaurações diretas                    
(único: amálgama) e indiretas. Durante a ingestão de alimentos e bebidas com diferentes                          
temperaturas, essas cavidades preenchidas com algum metal conduzem rapidamente essa                    
alteração térmica para o interior do elemento dentário, podendo levar há uma sensação de                            
pequeno choque térmico na região (devido proximidade com o nervo). Para que isso não                            
ocorra, utiliza-se um material isolante (forrador) entre as superfícies da cavidade e o                          
material condutor utilizado.  
 
 
 
 
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DIFUSIVIDADE TÉRMICA : é a medida da velocidade pela qual um corpo de temperatura                          
não uniforme atinge um estado de equilíbrio térmico. Na prática, assemelha-se à                        
condutividade térmica, apesar de conceitos distintos, pois aquele corpo que deixa passar                        
mais calor a cada cm de comprimento, automaticamente, atingirá um equilíbrio térmico em                          
menor tempo.   
 
 
 O calor específico é inversamente proporcional  
à condutividade e difusividade térmica.   
 
 
→ AMÁLGAMA: tem baixo calor específico (basta uma baixa quantidade de calor para                          
aumentar sua temperatura em 1ºC por unidade de massa) e alta difusividade e                          
condutividade térmicas.    
 
→ ALGUNS MATERIAIS ISOLANTES PARA FORRAMENTO DA CAVIDADE: ionômero de                    
vidro (também pode ser usado para cementação protética de peças metálicas.).   
 
 
1.1 EFEITOS DAS ALTERAÇÕES TÉRMICAS DOS MATERIAIS (ou seja, fenômenos                    
resultantes da variação de dimensões em função da alteração de temperatura - expansão e                            
contração).   
 
A expansão pode ser térmica linear (ocorrendo geralmente em materiais longos e finos como a  
dentadura) ou volumétrica, sendo que a primeira traz mais consequências clínicas.  
 
 
Nos asfaltos, é possível visualizar pequenos espaçamentos dados propositalmente para que                      
quando ocorra um aumento de temperatura não haja tensões entre as partes levando ao                            
rompimento desse material. Com os materiais restauradores utilizados nos elementos                    
dentários, diferentemente dos asfaltos, não é possível deixar espaçamentos, visto que                      
poderia levar a infiltração de bactérias na cavidade. Portanto, é totalmente provável que                          
alterações térmicas nestes locais causam diferentes variações de dimensões (devido                    
diferentes materiais) que levará à tensões, podendo causar problemas nesse dente. Para                        
evitar que isso ocorra, sujeita-se o material a uma ciclagem térmica para que analise seu                              
comportamento em diferentes temperaturas (escolha-se àquele com comportamento                
estável e garante ausência de fendas).   
 
 
COEFICIENTE DE EXPANSÃO TÉRMICA (linear e volumétrico): refere-se a uma mudança                      
em comprimento ou volume de um material em relação ao comprimento e volume originais                            
pela variação de temperatura, seja o aumento ou a diminuição desta. Um dos grandes                            
problemas do amálgama é justamente o seu coeficiente de expansão térmica linear que é                            
muito diferente do coeficiente do elemento dentário (é por isso que ao redor das                            
restaurações de amálgama sempre há trincas/falhas na estrutura dentária, ou seja, esse                        
material é capaz de causar microfraturas dentais, além de trincas no próprio material).   
 
 
 
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TEMPERATURA DE FUSÃO: é a temperatura na qual o material passa do estado sólido                            
para o líquido, devido uma alteração no nível de organização dos átomos que o compõe. É                                
importante para áreas como a ortodontia, já que nesse caso, o dentista trabalha com soldas                              
(p. ex. na confecção do aparelho hyrax - expansão do palato). Contudo, a temperatura defusão dos materiais é mais importante nos laboratórios.  
 
2 PROPRIEDADES ÓPTICAS  
 
Entende-se por propriedade óptica o comportamento do material na aplicação de uma                        
radiação eletromagnética que pode ser detectada pelo olho humano, como a luz visível                          
(faixa de comprimento de onda = 400 a 700 Nm).   
 
COR: essa propriedade é muito mais complexa do que basicamente amarelo, vermelho e                          
azul, por exemplo. Ao escolher uma determinada cor durante uma restauração e/ou                        
reabilitações orais, deve-se levar em conta três dimensões básicas: o croma, matiz e o valor.                              
O matiz descreve a cor dominante do objeto, ou seja, o comprimento de onda que ele vai                                  
refletir predominantemente (é o amarelo, vermelho, azul etc). Então criam-se escalas de                        
cores que agrupam os dentes em diferentes matizes (A, B, C e D), facilitando na                              
comparação com os dentes naturais do paciente no momento de escolha dos materiais                          
restauradores que serão utilizados. O croma refere-se à saturação ou intensidade do                        
pigmento na cor (p. ex. amarelo mais e menos saturado), sendo identificado por um número                              
(1, 2, 3, 3,5 e 4). O valor , por sua vez, refere-se a luminosidade da cor (quantidade de cinza;                                      
de preto e de branco), sendo que uma cor mais clara possui alto valor (mesclagem com                                
branco, por exemplo) e se é mais escura, possui baixo valor (mesclagem com preto, por                              
exemplo). A depender da translucidez do dente, ele terá mais ou menos valor.   
 
Geralmente a cervical do dente apresenta maior saturação enquanto a incisal é bem menos  
saturada.   
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
   
 matiz croma valor  
 
 
 
 
 
 
 
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METAMERISMO : refere-se a mudança de cor dos objetos a depender da fonte que os                            
iluminam. Um objeto só é capaz de refletir a sua cor real de fato caso seja submetido a todos                                      
os comprimentos de onda (p. ex. luz do dia branca). Nesse caso, metamerismo relaciona-se                            
a possibilidade de enxergar diferentes cores do objeto que não seja a original, quando você                              
não fornece todos os possíveis comprimentos de onda (p. ex. ao fornecer um comprimento                            
de onda vermelho a um objeto capaz de refletir todos os comprimentos de onda, este                              
aparecerá vermelho).   
 
FLUORESCÊNCIA : é a propriedade que alguns materiais possuem de absorver                    
comprimentos de onda próximos do UV e refletirem estes de forma mais longa. Os nossos                              
dentes são capazes de interagir com a radiação UV e refletem parte dela em um                              
comprimento de onda mais longo, tornando-os visualmente mais claros e luminosos                      
(contrastando com materiais restauradores que não apresentam essa fluorescência).   
 
 
OPALESCÊNCIA: é a propriedade que alguns            
materiais apresentam de, quando iluminados          
pela frente, refletem luz de cor diferente do que                  
quando iluminados por trás. Nesse caso, a              
mesma estrutura quando observada em          
diferentes posições (em relação ao luminante)            
muda de cor. O esmalte por exemplo, quando                
observado de frente, pela luz refletida, é vista de                  
coloração azul, bem como quando vista por trás,                
pela luz transmitida, é visto com coloração              
alaranjada. As cerâmicas possuem opalescência          
enquanto as resinas compostas não.   
 
 
OPACIDADE: é quando o material barra completamente a passagem da luz e boa parte                            
dessa luz que incide no objeto volta ao olho do observador (p. ex. dentina).   
 
TRANSLUCIDEZ: é quando permite a passagem de algum comprimento de onda (p. ex.                          
esmalte).   
 
A transparência, por sua vez, refere-se a passagem completa de toda a luz.   
 
3 PROPRIEDADES MECÂNICAS  
 
As propriedades mecânicas referem aos diversos comportamentos que diferentes materiais                    
podem produzir quando submetidos a uma energia mecânica. Nesse caso, seria como uma                          
consequência dada pela aplicação dessa energia em determinado corpo. Por exemplo, uma                        
barra é submetida a uma força de torção e essa força poderá ser perceptível ao olho nu ou                                    
imperceptível e o material poderá voltar a forma original ou não. A barra, nesse caso, seria o                                  
corpo que está recebendo uma energia mecânica (força de torção) e há consequências que                            
 
 
 
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refere-se ao seu comportamento diante dessa energia, definindo as suas propriedades                      
mecânicas.   
 
→ FORÇA  
 
A força é uma grandeza f ísica que pode alterar o estado de equilíbrio de um corpo ou                                  
deformá-lo. A propriedade mecânica do material, que é o que de fato conseguimos aferir, é                              
o comportamento/resposta deste diante da grandeza f ísica aplicada, como a sua resistência                        
e módulo de elasticidade, por exemplo.   
 
Como o mecanismo funciona de acordo com a terceira lei de Newton, em que toda ação tem                                  
uma reação oposta e de mesma intensidade , conhecendo a força, é possível prever qual a                              
intensidade da resposta dada pelo corpo, sendo que se essa intensidade for menor ou igual                              
a capacidade do corpo de aguentá-la, haverá permanência de repouso (estado de equilíbrio).                          
Caso a força aplicada supere a capacidade dela de resistir a esse movimento , haverá a                              
deformação/rompimento do material.   
 
A força se distribui pelo corpo atuando em toda sua área de secção transversal. Por isso, em                                  
alguns corpos, isso é confirmado com o aumento seu comprimento e diminuição dessa área,                            
mostrando que essa grandeza não fica restrita ao local que foi aplicada.   
 
→ TENSÃO  
 
É, na verdade, a reação oposta e de igual intensidade da força. É uma grandeza que os                                  
corpos sentem a partir um acontecimento externo, nesse caso, a força aplicada na área de                              
secção transversal. Uma resposta interna.   
 
A tensão ocorre em todos os átomos do corpo como uma tentativa de manter o equilíbrio,sendo inversa e de mesma intensidade da força aplicada. A depender do tipo de ligação                              
interatômica e de suas características, ao receber uma determinada força, o corpo vai                          
tensionar de forma a aguentar a força ou se quebrar, por exemplo.   
 
Além disso, ao aumentar a área de secção transversal e, consequentemente, aumentar o                          
número de átomos e ligações interatômicas, uma força que antes era capaz de retirar o                              
corpo do estado de equilíbrio, não conseguirá mais, pois, agora, há mais átomos e ligações                              
resistindo àquela ação.  
 
TENSÃO = FORÇA / ÁREA DE SECÇÃO TRANSVERSAL   
 
O comportamento do corpo depende diretamente de sua área de secção transversal, ou                          
seja, sua espessura. Então, se eu tenho um corpo e descubro que é necessário uma força de                                  
1N em uma área de 1cm² para deformá-lo, o mesmo material com uma espessura maior                              
(8cm² de área de secção), precisará de uma força de 8N para deformar. A tensão seria o                                  
comportamento.   
 
 
 
 
 
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→ TIPOS DE TENSÃO  
 
TENSÃO DE TRAÇÃO : é aquela causada por uma carga/força que traciona o corpo, ou seja,                              
tende a esticar/alongar esse corpo. Nesse caso, há diminuição da área de secção e aumento                              
do comprimento.   
 
TENSÃO DE COMPRESSÃO : é aquela causada por uma carga/força que tende a                        
comprimir/encurtar o corpo. Nesse caso, há aumento da área de secção e diminuição do                            
comprimento.   
 
O mesmo corpo responde de maneiras diferentes às diferentes forças aplicadas. Até a                          
intensidade da força é mais ou menos suportada a depender do seu tipo (tração,                            
compressão etc). A resistência à compressão geralmente é muito maior do que a resistência                            
à tração feita até a fratura completa no mesmo material.   
 
TENSÃO DE CISALHAMENTO : é aquela causada por uma carga/força que tende a fazer                          
com que uma parte do corpo deslize sobre a outra. (p. ex. brackets ortodônticos).   
 
TENSÃO DE FLEXÃO : é aquela causada por uma carga que força o dobramento do material                              
que está em contato em duas extremidades. São tensões múltiplas (compressão,                      
cisalhamento e tração).  
 
→ DEFORMAÇÃO  
 
Toda força está associada a uma tensão que, por sua vez, associa-se a uma deformação,                              
sendo ela perceptível ao olho nu ou não. Essa deformação poderá ocorrer de forma que                              
aumente o comprimento (L) e reduza a secção transversal (A) ou ao contrário.   
 
L final = L inicial + ΔL // A final = A inicial - ΔA  
 
→ TIPOS DE DEFORMAÇÃO  
 
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA : é o nome dado ao tipo de deformação que, ao remover a                            
tensão, o L final é igual ao L inicial e a A final é igual a A inicial . É aquela que desaparece ao                                              
remover a carga, ou seja, em que não há alteração das dimensões finais do corpo.   
 
A deformação elástica de alguns materiais é completamente necessária para situações                      
como a moldagem efetiva de arcos dentários, em que o material precisa entrar e sair de                                
dentro da boca.   
 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA : é o nome dado ao tipo de deformação que, ao remover a                            
tensão, o L final é diferente do L inicial e a A final é diferente da A inicial . É aquela que não                                            
desaparece ao remover a carga, ou seja, em que há alteração das dimensões finais do corpo.   
 
 
 
 
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Os materiais podem ter os dois tipos de deformação. Nesse caso, quando o material é                              
tensionado e sobre a deformação, tudo aquilo que volta (o que recupera)tendendo à                          
dimensão inicial é elástica e o remanescente (o que permanece deformado) é a plástica.  
 
 
→ ENSAIOS MECÂNICOS  
 
Os ensaios mecânicos ocorrem em equipamentos capazes de aplicar uma força conhecida e                          
medir a resposta que o corpo emite. São consideradas máquinas mecânicas universais, pois                          
conseguem fazer vários esforços mecânicos: tração, compressão, cisalhamento e flexão,                    
impondo tensões diferentes no corpo de prova, mensurando, assim, sua resposta à essas                          
forças. Essa resposta é a característica do material.   
 
ENSAIO MECÂNICO DE TRAÇÃO : é o mais utilizado. Nesse ensaio, o corpo de prova está                              
preso em uma cela que vai captando todas as suas alterações e as transmite para um                                
software/computador com formação de um gráfico tensão x deformação . As informações                      
que vão para o computador, são: área de secção transversal do corpo e a força que está                                  
sendo aplicada, dividindo-as e então montando um gráfico que vai mostrando a deformação                          
à cada incremento de tensão que está sendo calculado.   
 
Interpretação do gráfico  
No gráfico, define-se a zona em que só se tem deformações elásticas e a zona em que já                                    
começa a ter deformações plásticas. Até o ponto conhecido como “limite elástico” o corpo                            
volta a sua forma original caso pare a máquina. Depois disso, se continuar aplicando uma                              
força, ela não voltará às suas dimensões originais mais.   
 
A máquina reconhece o ponto em que a deformação passa a ser plástica, pois o gráfico                                
deixa de ser uma linha reta. Enquanto o gráfico é linear, ou seja, a cada um incremento de                                    
tensão eu tenho um incremento da deformação (proporcional), a deformação é elástica. A                          
curva após o limite elástico significa que a cada pequeno incremento de tensão, eu tenho                              
um grande incremento de deformação. Isso começa a acontecer, pois provavelmente já                        
houve o início do rompimento de ligações interatômicas.   
 
OBS.: O que caracteriza um material frágil é a ausência de zona de deformação plástica.                              
Exemplo: alguns vidros.   
 
A resistência máxima à tensão do material é a média das tensões máximas que vários                              
corpos de prova daquele material até se fraturarem.   
 
 
 
 
 
MÓDULO DE ELASTICIDADE OU DE YOUNG (E) : outra propriedade (da zona elástica)                        
mensurável dos corpos de prova. O módulode elasticidade representa a quantidade de                          
deformação elástica sofrida por unidade de área de um material quando uma força é                            
 
 
 
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aplicada sobre ele. No caso, essa propriedade refere-se ao quanto de carga o corpo                            
consegue suportar até uma determinada deformação. Um material que apresenta a menor                        
deformação diante da mesma força aplicada é o que terá o maior módulo de elasticidade -                                
eu preciso de mais força para deformá-lo (se opondo ao conceito corriqueiro de                          
elasticidade).   
É interessante que os materiais restauradores tenha módulos de elasticidade maiores, para                        
que resistam às grandes forças sem passarem por consequências irreversíveis (deformação                      
plástica/fraturas).   
 
LIMITE ELÁSTICO OU LIMITE DE PROPORCIONALIDADE : é a tensão a partir do qual                          
deformações permanentes/plásticas começam a ocorrer. Até esse ponto, só há deformações                      
elásticas. O ponto no qual o gráfico deixa de ser uma reta.   
 
Quanto maior for a peça protética, maior deverá ser o limite elástico e o módulo de                                
elasticidade, pois será aplicada uma força maior e o material não poderá se deformar.   
 
RESILIÊNCIA : a resiliência refere-se a quantidade de energia que um material pode                        
absorver antes de começar a se deformar plasticamente, sendo uma propriedade também                        
da zona elástica. Um material é considerado resiliente quando é capaz de suportar uma                            
grande quantidade de tensão, voltando ao seu estado original (deformação plástica) após                        
passada essa força aplicada - os materiais restaurações precisam ser bastante resilientes.                        
Os grampos de PPR também têm que ser resilientes para se reterem adequadamente.   
 
Graficamente, a resiliência é definida como uma área abaixo da porção reta do gráfico (entre                              
ponto zero e limite elástico - zona elástica).   
 
FRAGILIDADE : é uma propriedade dos materiais que se fraturam tão longo às tensões                          
ultrapassem seus limites de proporcionalidade/elástico, ou seja, que não possuem                    
deformação plástica. Exemplo: materiais cerâmicos e o amálgama.   
 
DUCTILIDADE : capacidade um material resistir a força de tração sem sofrer ruptura. É a                            
capacidade de alguns materiais de formar fios , pois, quanto maior a resistência do material a                              
força de tração sem se romper, ele acabará se transformando em fio (aumenta comprimento,                            
diminui a área de secção transversal). Exemplo: metais (por conta das ligações metálicas).  
 
MALEABILIDADE : é a capacidade de um material se deformar sob aplicação de forças                          
compressivas, sem se romper. Com um material maleável, faz-se lâminas .   
 
TENACIDADE : é a capacidade do material de absorver energia até se fraturar, ou seja, vai                              
além da zona elástica. Se é um material frágil, a tenacidade e resiliência assumem o mesmo                                
valor. Se é um material dúctil, a tenacidade é muito alta.   
 
RESISTÊNCIA : é a tensão necessária para causar fraturas ou uma quantidade específica de                          
deformação plástica, ou seja, corresponde a um valor de tensão. O especificação da                          
resistência depende do tipo de carga aplicada naquele material (p. ex. uma tensão de tração                              
determinará uma resistência à tração etc).   
 
 
 
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A resistência a fadiga é quando tensões cíclicas são capazes de estimular o crescimento e a                                
propagação de defeitos intrínsecos no material, que causam rápida e inesperada fratura. O                          
material que tem menos resistência à fadiga são os frágeis e aqueles que menos sofrem                              
deformações plásticas. O que acontece é que ao decorrer da aplicação constante de forças,                            
esses materiais (como os vidros) vão sofrendo nanofraturas internas, até que chega um                          
momento em que essa fratura atravessa todo o material e falha.   
 
A fadiga acontece quando o material termina de se romper em uma tensão muito abaixo                              
daquela que normalmente suportaria (p. ex. a restauração quebra comendo pão). É avaliada                          
colocando um material numa máquina de tensão cíclica. O que se quebra com um maior                              
número de ciclos é o que tem maior resistência à fadiga.   
 
DUREZA : é a capacidade do material de resistir à penetração de um corpo de geometria                              
conhecida. É aferida quando quer avaliar a capacidade do material de resistir ao desgaste . O                              
material mais duro não pode ser riscado/penetrado por outro menos duro.   
 
Assim como a resistência, a dureza também apresenta tipos, sendo elas:   
 
→ dureza Brinell: utiliza uma esfera de aço para pressionar o material. Portanto, refere-se à                              
resistência do material sob a penetração de uma esfera de aço. Relaciona a carga aplicada e                                
o diâmetro da calota impressa no material.   
 
→ dureza Rockwell: também utiliza uma esfera metálica de diâmetro diferente (geralmente                        
ponta cônica) e normalmente é utilizada para avaliar materiais macios e por conveniência.   
 
→ dureza Vickers: é muito usada em materiais frágeis e mais duros.   
 
→ dureza Knoop: também é muito utilizada para materiais com menor módulo de                          
elasticidade (p. ex. resinas compostas), porém também é permitido usar em esmalte. Já                          
cerâmicas muito duras, uma pirâmide de base losangular não consegue penetrá-las,                      
impossibilitando essa mensuração (apenas pirâmides de base quadrangular consegue                  
penetrar - dureza vickers).