Atividade 2 - Seleção de Materiais Mecânicos

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Pergunta 1
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Em algumas aplicações de projetos envolvendo “calor” faz-se necessário o conhecimento prévio das
propriedades térmicas dos materiais, isto é, como eles se comportam conforme estímulos externos de
mudança de temperatura. Devido a isso, a condutividade térmica se torna bastante requerida na pré-
seleção do material, pois através dela é possível identificar se o material pode ou não ser selecionado.
Neste sentido, assinale a alternativa que está conforme os conceitos relacionados à condutividade
térmica:
É necessário compreender a condutividade térmica e saber analisá-la para evitar
falhas por tensões térmicas nos materiais.
É necessário compreender a condutividade térmica e saber analisá-la para evitar
falhas por tensões térmicas nos materiais.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois conhecer e saber avaliar a
condutividade térmica dos materiais torna-se imprescindível ao selecionar determinado
material, pois as tensões térmicas estão presentes em diversas aplicações como no caso
dos trilhos de trem que sofrem dilatação e contração, gerando tensões no interior do
material que podem resultar em uma deformação plástica indesejável ou uma ruptura.
Pergunta 2
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O coeficiente de expansão linear de um material faz parte da compreensão da expansão ou contração
de um material sólido, que dilata ao ser submetido a um aumento de temperatura e contrai quando
resfriado. Dessa forma, esse fenômeno está presente em nossos dias em diversas aplicações,
principalmente na área da engenharia.
A respeito dos exemplos do fenômeno do coeficiente de expansão linear, analise as afirmativas a
seguir e assinale V para a(s) Verdadeira(s) e F para a(s) Falsa(s). 
I. ( ) Os fios utilizados na transmissão de corrente elétrica são sempre maiores que a distância entre os
postes, pois se fosse utilizado a distância exata os fios poderiam se romper em dias frios, devido à sua
contração.
II. ( ) O termômetro de mercúrio é um exemplo de expansão térmica linear devido à sua variação de
temperatura no termômetro for inversamente proporcional a dilatação do mercúrio, que favorece a
dilatação dentro do tubo capilar. 
III. ( ) A utilização de juntas de dilatação nos trilhos de trens decorre do fato de o metal se contrair e
dilatar durante as amplitudes térmicas do dia e da noite. 
IV. ( ) Os fios utilizados na transmissão de corrente elétrica são sempre maiores que a distância entre
os postes, pois se fosse utilizado a distância exata os fios poderiam se romper em dias frios, devido à
sua dilatação.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
V, F, V, F.
V, F, V, F.
Resposta correta. A sequência está correta, pois os fios de cobre sofrem contração em
períodos frios e, devido a isto, é necessário aumentar a distância do fio entre os postes.
Além disso, deve-se colocar juntas de dilatação entre os trilhos de trem devido à
dilatação e à contração do metal decorrentes das amplitudes térmicas ao longo do dia,
evitando o empenamento e a fissura do material.
Pergunta 3
Uma garrafa de vidro e uma lata de alumínio que possuem 600 mL são mantidas em um refrigerador
por duas horas com o objetivo de observar qual dos dois líquidos ficará mais frio. Ao retirá-las do
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refrigerador com as mãos a temperatura de 30ºC, tem-se a sensação de que a lata de suco está mais
fria que a garrafa.
 Assinale a alternativa que melhor justifica o fenômeno acima:
 O fato pode ser explicado pelo conceito de condutividade térmica, ou seja, o alumínio
do qual é constituído a lata possui maior condutividade térmica que o vidro, de que
por sua vez é feito a garrafa, razão pela qual sente-se a lata mais fria nas mãos.
 O fato pode ser explicado pelo conceito de condutividade térmica, ou seja, o alumínio
do qual é constituído a lata possui maior condutividade térmica que o vidro, de que
por sua vez é feito a garrafa, razão pela qual sente-se a lata mais fria nas mãos.
Resposta correta. A sua resposta está correta, pois a condutividade térmica pode ser
explicada pela transmissão de calor, sempre do meio mais quente para o meio mais frio.
Vale notar que a condutividade térmica do alumínio corresponde à aproximadamente 204
[W/m.K], enquanto a do vidro é de cerca de 0.8 [W/m.K]. Em razão desses valores, o
calor é retirado mais rapidamente da lata, o que confere, ao líquido, temperaturas
menores quando comparado ao conteúdo da garrafa.
Pergunta 4
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A condutividade térmica é uma característica importante e deve ser levada em consideração ao
selecionar um determinado material. O nosso dia a dia está cercado de materiais com diversas
aplicabilidades envolvendo o calor, isto é, podemos utilizar materiais que apresentam facilidade na
transferência de calor e outros que possuem dificuldade na sua transmissão. A tabela abaixo
apresenta a condutividade térmica de alguns materiais.
 
Tabela 1 - Materiais e suas propriedades térmicas 
Material Condutividade térmica
[W/m. K]
Cobre 398
Nylon 6,6 0,24
Ouro 315
Polipropileno 0,12
Fonte: Adaptada de Callister (2018).
CALLISTER JUNIOR, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais : uma
introdução. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.
 
Nesse sentido, assinale a alternativa que está de acordo com os conceitos da condutividade térmica
dos materiais:
O fenômeno da condução de calor nos materiais sólidos ocorre através do transporte
do calor pelos elétrons livres, razão pela qual nos metais puros a condutividade
térmica é mais elevada em comparação com materiais não metálicos.
O fenômeno da condução de calor nos materiais sólidos ocorre através do transporte
do calor pelos elétrons livres, razão pela qual nos metais puros a condutividade
térmica é mais elevada em comparação com materiais não metálicos.
Resposta correta. A sua resposta está correta, pois os elétrons livres são responsáveis
pela rápida transmissão de calor presente nos metais, enquanto nos materiais não
metálicos o número de elétrons livres é menor e isto acaba dificultando a propagação de
calor pelo material.
1 em 1 pontos
Pergunta 5
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O módulo de Young (módulo de elasticidade) é uma propriedade mecânica que mede a rigidez de um
material sólido, procedimento muito importante na seleção de materiais para projetos. Os materiais
utilizados na indústria aeronáutica em sua maioria devem ser leves e possuir excelentes propriedades
mecânicas. A figura abaixo expõe a relação entre o módulo de elasticidade e a densidade de
diferentes tipos de materiais.
 
Figura - Diagrama do módulo de Young pela densidade com indicação do material 
Fonte: Ashby (2012, p. 55).
ASHBY, M. F. Seleção de Materiais no Projeto Mecânico . 4. ed. Campus, 2012.
Com base no apresentado, analise as alternativas e compare-as, assinalando a alternativa correta:
Pode-se utilizar ligas de alumínio para aplicações aeronáuticas devido a seu alto
módulo de elasticidade e baixa densidade em comparação com os demais metais.
Pode-se utilizar ligas de alumínio para aplicações aeronáuticas devido a seu alto
módulo de elasticidade e baixa densidade em comparação com os demais metais.
Resposta correta. A sua resposta está correta, pois as ligas de alumínio possuem
excelentes propriedades mecânicas, principalmente resistência à fadiga, que se
caracteriza por forças cíclicas devido à diferença de pressão no avião. Além disso, as
ligas de alumínio possuem baixa densidade quando comparadas aos demais metais,
sendo ideal o seu uso para fins aeronáuticos.
Pergunta 6
O projetista mecânico de uma empresa desenvolveu um suporte que deverá serimplantado em um
determinado produto. Para isto, um pino foi feito em aço 1020 e um anel foi feito em latão (mostarda).
O projetista elaborou o protótipo, mas na hora de testar viu que o diâmetro do pino estava dois
décimos de milímetro maior que o diâmetro interno do anel de latão, conforme figura abaixo. Dados:
 ; = . 
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 Figura - Protótipo do pino e anel
Fonte: Elaborada pelo autor.
Assinale a alternativa que indique o melhor a ser feito para que o projetista teste o protótipo:
O projetista deve aquecer o anel para que ele se dilata, aumentando suas dimensões,
inclusive o diâmetro, além de manter o pino na temperatura ambiente.
O projetista deve aquecer o anel para que ele se dilata, aumentando suas dimensões,
inclusive o diâmetro, além de manter o pino na temperatura ambiente.
Resposta correta. A sua resposta está correta, pois como a diferença é de apenas dois
décimos de milímetros, o projetista deve aquecer o anel, uma vez que o coeficiente de
expansão térmica do latão é maior que o do aço, o que significa que com o aquecimento
o anel aumentará suas dimensões, facilitando o encaixe do pino no protótipo.
Pergunta 7
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Os materiais devem passar por uma série de análises antes de serem selecionados para uma
determinada aplicação e, para que isto ocorra, o engenheiro deve atender a diversos critérios que são
dispostos sequencialmente a fim de auxiliá-lo na correta seleção do material
Neste sentido, assinale a alternativa que indica os passos ao selecionar um determinado material:
Primeiramente, deve-se listar as restrições e objetivos do projeto e depois realizar
uma triagem dos materiais; em seguida, deve-se classificá-los com a capacidade de
atender aos requisitos e finalizar com a verificação do histórico de falhas daquele
material.
Primeiramente, deve-se listar as restrições e objetivos do projeto e depois realizar
uma triagem dos materiais; em seguida, deve-se classificá-los com a capacidade de
atender aos requisitos e finalizar com a verificação do histórico de falhas daquele
material.
Resposta correta. A sua resposta está correta, pois se deve saber a aplicação à qual o
material estará submetido e, para isso, devem-se criar as restrições (propriedades
mecânicas, densidade, custo etc.) e estabelecer os objetivos do projeto. O propósito é
realizar uma triagem posterior dos materiais e classificá-los sempre em ordem de
prioridades e, por fim, deve-se verificar o histórico daquele determinado material utilizado
em projetos anteriores.
Pergunta 8
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Leia o excerto a seguir:
“Junta de dilatação é um dos elementos que compõem a superestrutura a superestrutura das pontes e
viadutos rodoviários, esta apresenta espaço a ser ou não preenchido por material elástico, que possui
a função de absorver os movimentos provocados por dilatações e retrações dos materiais envolventes.
São aplicadas em diversas obras da construção civil.”
CAMPOS, I. Estudo de juntas de dilatação em pontes e viadutos, e suas melhorias na aplicação
e uso . In : SIMPÓSIO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, DIDÁTICA E DE AÇÕES SOCIAIS DE
EXTENSÃO DA FEI, 9., 2019, São Bernardo do Campo. Anais [...]. São Bernardo do Campo:
Faculdade de Engenharia Industrial, 2016. p. 1. 
 
Com base no apresentado, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas. 
I. O fenômeno discutido no trecho acima diz respeito à dilatação e contração que os materiais sofrem
quando submetidos a variações de temperaturas.
Pois:
II. A expansão térmica descreve a habilidade dos materiais em transferir energia térmica após um
estímulo externo de variação de temperatura.
A seguir, assinale a alternativa correta.
A asserção I é uma proposição verdadeira, e a asserção II é uma proposição
falsa.
A asserção I é uma proposição verdadeira, e a asserção II é uma proposição
falsa.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois a asserção I é verdadeira, já que o
fenômeno discutido no excerto refere-se à dilatação e contração dos materiais quando
submetidos a variações de temperaturas. A asserção II é falsa, pois a expansão térmica
é um conceito de analisar através de um gráfico a energia potencial em função da
separação interatômica do interior do material.
Pergunta 9
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Como engenheiro, você deve selecionar um material para um determinado produto com diversas
propriedades mecânicas. Sendo assim, o material deve ser resistente ao impacto e não pode estar
enferrujado, pois será utilizado para fins cirúrgicos. Além disso, deve ser capaz de resistir a forças
cíclicas e possuir fácil processo de fabricação, bem como pouca quantidade de massa por volume
para redução de custo do produto.
Neste sentido, assinale a alternativa que apresenta as propriedades dos materiais que devem ser
levadas em consideração na sua seleção:
O material deve ser tenaz, possuir uma ótima resistência à corrosão, ser resistente à
fadiga, possuir boa conformabilidade e baixa densidade, respectivamente.
O material deve ser tenaz, possuir uma ótima resistência à corrosão, ser resistente à
fadiga, possuir boa conformabilidade e baixa densidade, respectivamente.
Resposta correta. A sua resposta está correta, pois a tenacidade é propriedade mecânica
que possuem os materiais resistentes ao impacto e a resistência à corrosão não deixa o
material enferrujar, propriedade presente no aço inoxidável, por exemplo. Além disso, a
característica de ser resistente a forças cíclicas é a fadiga. Adicionalmente, o produto
deve possuir facilidade na fabricação, ou seja, possuir boa conformabilidade, assim como
pouca densidade a fim de reduzir o custo agregado ao produto.
Pergunta 10
Os materiais que são bons condutores térmicos apresentam arranjo atômico que tem a capacidade de
transferir calor até que todo o objeto entre em equilíbrio térmico. Além disso, estes bons condutores
apresentam alto valor de condutividade térmica enquanto os materiais isolantes apresentam baixos
valores de condutibilidade térmica.
Neste sentido, sobre a aplicabilidade dos materiais no dia a dia, analise as afirmativas a seguir:
I. Ao comprar um refrigerante que deve ser resfriado rapidamente e que contenha a mesma área
superficial e volume, é aconselhável optar pelo material de vidro em vez do de alumínio.
II. As panelas que são utilizadas para cozinhar em sua maioria são feitas de ferro e alumínio, pois
devem possuir uma ótima transmissão de calor entre a chama do fogo e o alimento a ser preparado.
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III. Nos restaurantes, é comum a utilização de isopor para embalar os alimentos (marmitex), pois este
material possui boa condutibilidade térmica e mantém o alimento aquecido por mais tempo.
IV. Os cabos das panelas utilizadas para cozinhar são feitos de materiais com baixa condutibilidade
térmica, como a madeira e alguns tipos de polímeros.
Está correto o que se afirma em:
II e IV, apenas.
II e IV, apenas.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois a maioria das panelas é feita de metais
por possuir boa condutibilidade térmica e assim cozinhar o alimento mais rapidamente
(em determinadas ocasiões). Além disso, os cabos das panelas são feitos de materiais
isolantes, ou seja, com baixíssimas condutibilidades térmicas, evitando que o calor seja
transmitido para a pessoa que preparará o alimento.