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Lei de Hooke generalizada

1678
  • Robert Hooke
  • Thomas Young
  • Augustin-Louis Cauchy
17th-century laboratory with tools for tensile testing and equations of Generalized Hooke's Law.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A Lei de Hooke Generalizada é a equação constitutiva para materiais elásticos lineares, afirmando que o stress o tensor é linearmente proporcional ao strain tensor. A relação é expressa como [latex]sigma = C : varepsilon[/latex], onde [latex]sigma[/latex] é o tensor de tensão, [latex]varepsilon[/latex] é o tensor de deformação e [latex]C[/latex] é o tensor de rigidez de quarta ordem contendo as constantes elásticas do material.

Embora a lei original de Robert Hooke de 1678 ("ut tensio, sic vis" - assim como a extensão, assim a força) descrevesse uma relação linear simples em uma dimensão, a Lei de Hooke generalizada estende esse princípio para três dimensões. Ela forma a base matemática da teoria da elasticidade linear. A relação conecta os seis componentes independentes do tensor de tensão aos seis componentes independentes do tensor de deformação infinitesimal. Isso é obtido por meio do tensor de rigidez [latex]C_{ijkl}[/latex], um tensor de quarta ordem que contém 81 componentes em sua forma mais geral.

Devido à simetria dos tensores de tensão e deformação, o número de componentes independentes no tensor de rigidez reduz-se a 36. Além disso, assumindo a existência de uma função de densidade de energia de deformação, o próprio tensor de rigidez torna-se simétrico (Cijkl = Cklij), reduzindo o número de constantes elásticas independentes para 21 no caso mais geral de materiais anisotrópicos. Para materiais com graus de simetria mais elevados, esse número é ainda mais reduzido. Para um material isotrópico, que possui as mesmas propriedades em todas as direções, são necessárias apenas duas constantes elásticas independentes, como o Módulo de Young (E) e a Razão de Poisson (ν). Nesse caso comum, a lei simplifica-se significativamente, permitindo o cálculo direto das tensões a partir das deformações e vice-versa. Essa lei é válida apenas dentro do limite elástico do material; além desse ponto, ocorre deformação plástica permanente e outros modelos constitutivos são necessários.

UNESCO Nomenclature: 2208
Mecânica

Tipo

Lei Física

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Observações sobre as propriedades elásticas dos materiais
  • Desenvolvimento dos conceitos de tensão e deformação
  • Leis do movimento de Newton

Aplicações

  • finite element analysis (FEA) software for structural design
  • projeto de molas, vigas e outros componentes elásticos
  • Caracterização de materiais por meio de ensaios de tração
  • Sismologia para modelar a propagação de ondas elásticas através da Terra.

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: Lei de Hooke, elasticidade linear, equação constitutiva, relação tensão-deformação, tensor de rigidez, módulo de Young, coeficiente de Poisson, material isotrópico.

Contexto histórico

Lei de Hooke generalizada

1600
1650
1650
1678
1687
1687
1738
1750
1650
1650
1672
1687
1687
1738
1750

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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