Livro Hibbeler - 7ª ed Resistencia Materiais (Livro)

Tensão
OBJ ETIVOS DO CAPÍTULO
Neste capítulo, faremos uma revisão dos princípios importantes da estática e mostraremos como eles são
usados para determinar as cargas resultantes internas em um corpo. Depois, apresentaremos os conceitos
de tensão normal e tensão de cisalhamento e aplicações específicas da análise e do proj eto de elementos
sujeitos a carga axial ou a cisalhamento direto.
1.1 Introdução
A resistência dos materiais é um ramo da mecânica
que estuda as relações entre as cargas externas aplicadas
a um corpo deformável e a intensidade das forças
internas que agem no interior do corpo. Esse assunto
também envolve o cálculo das deformações do corpo
e proporciona o estudo de sua estabilidade quando sujeito
a forças externas.
No projeto de qualquer estrutura ou máquina,
em primeiro lugar, é necessário usar os princípios
da estática para determinar as forças que agem sobre
os vários elementos, bem como no seu interior. O
tamanho dos elementos, sua deflexão e estabilidade
dependem não só das cargas internas, mas também do
tipo de material de que são feitos. Por consequência, a
determinação precisa e a compreensão fundamental do
comportamento do material serão de vital importância
para o desenvolvimento das equações necessárias usadas
na resistência dos materiais. Tenha sempre em mente que
muitas fórmulas e regras de projeto definidas em códigos
de engenharia e utilizadas na prática são baseadas nos fundamentos
da resistência dos materiais, e, por essa razão, é
muito importante entender os princípios dessa matéria.
Desenvolvimento histórico. A origem da
resistência dos materiais (ou mecânica dos materiais)
remonta ao início do século XVII, quando Galileu
realizou experimentos para estudar os efeitos
de cargas sobre hastes e vigas feitas de diferentes
materiais. Entretanto, para a compreensão adequada
desses efeitos, foi necessário fazer descrições experimentais
precisas das propriedades mecânicas dos
vários materiais. Os métodos utilizados passaram
por uma notável melhoria no início do século XVIII.
Nessa época, foram desenvolvidos estudos experimentais
e teóricos sobre o assunto, principalmente
na França, por cientistas extraordinários, como
Saint-Venant, Poisson, Lamé e Navier. Como esses
estudos se baseavam em aplicações da mecânica de
corpos materiais, foram denominados "resistência
dos materiais". Nos dias atuais, contudo, em geral são
denominados "mecânica de corpos deformáveis" ou,
simplesmente, "mecânica dos materiais" ou, como é
mais comum, "resistência dos materiais".
Com o .passar dos anos, depois de muitos dos
problemas fundamentais da mecânica dos materiais
terem sido resolvidos, tornou-se necessário usar técnicas
avançadas da matemática e da computação
para resolver problemas mais complexos. Como resultado,
esse assunto se expandiu para outras áreas
da mecânica avançada, como a teoria da elasticidade
e a teoria da plasticidade. A pesquisa nessas áreas
é contínua, não apenas para atender à necessidade
de resolver problemas avançados de engenharia,
mas também para justificar a maior utilização e as
limitações a que está sujeita a teoria fundamental da
mecânica dos materiais.
1.2 Equilíbrio de um corpo
deformável
Haja vista o importante papel desempenhado pela
estática no desenvolvimento e na aplicação da resistência
dos materiais, também é muito importante que
seus fundamentos sejam bem compreendidos. Por essa
razão, revisaremos alguns dos princípios essenciais da
estática que serão usados neste livro.
Cargas externas. Um corpo pode ser submetido
a vários tipos de cargas externas; todavia, qualquer
uma delas pode ser classificada como uma força de superfície
ou uma força de corpo (Figura 1.1).
de
Como o nome sugere, forças de
supeifície são causadas pelo contato direto de um corpo