O que é medição de distância/deslocamento?
Medição de distância ou deslocamento na análise de textura refere-se ao rastreamento do movimento da sonda conforme ela interage com a amostra. Esse movimento é medido precisamente para entender o quanto a amostra se deforma sob força aplicada. As medições auxiliam no desenvolvimento de novos materiais e produtos com textura/propriedades físicas desejadas ao entender o comportamento de deformação. A precisão dessas medições é vital para produzir resultados confiáveis e reproduzíveis.
Tipos de medidas de distância/deslocamento
1. Testes de compressão
- Procedimento: A sonda se move para baixo, comprimindo a amostra até que uma força ou distância predeterminada seja atingida.
- Medição: O deslocamento da posição inicial até o ponto de compressão máxima é registrado.
2. Testes de tensão
- Procedimento: A sonda se move para cima, esticando a amostra até que ela se quebre ou atinja uma distância pré-determinada.
- Medição: O deslocamento da posição inicial até o ponto de ruptura é registrado.
3. Ensaios de flexão
- Procedimento: A sonda aplica força em um ponto central da amostra, fazendo com que ela se dobre.
- Medição: O deslocamento é medido da posição inicial até o ponto máximo de flexão.
Interpretando dados de distância/deslocamento – Compreendendo a curva força-distância
- Inclinação inicial: indica a dureza ou rigidez do material. Uma inclinação mais íngreme significa um material mais duro.
- Força de pico: A força máxima aplicada antes que a amostra se deforme significativamente ou quebre.
- Deslocamento na força máxima: A distância medida no ponto de força máxima. O tamanho desse valor pode indicar se algo é mais ou menos quebradiço, ou seja, quanto mais algo pode ser comprimido/esticado antes de grandes danos/quebra indica uma amostra que é menos quebradiça do que uma que quebra a uma curta distância.
GRÁFICO
Legenda: Comparação de penetração de gel.jpg
O acima mostra a penetração de 3 géis diferentes. Enquanto as linhas azul e verde mostram géis
que requerem forças semelhantes para se romper, a distância no ponto de ruptura é significativamente maior para
a linha verde indica um gel mais elástico. A linha vermelha mostra um gel que requer menos
força para romper indicando um gel com menor resistência e uma qualidade de fragilidade/elástica que está entre
ambos os géis.
- Elasticidade: A capacidade de um material retornar à sua forma original após deformação. Avaliada pela extensão da recuperação após a força ser removida.
Dados típicos de aplicações alimentares que requerem eixos de força-distância
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Teste de penetração usando uma pequena sonda cilíndrica para medir propriedades texturais de frutas
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Além dos parâmetros relacionados à força, o deslocamento da sonda Dp, expresso em mm, é o valor da posição da sonda em Fmax e indica a elasticidade da pele. Rigidez, é a inclinação da primeira parte da curva medida do início da curva até Fmax. Trabalho de penetração é o trabalho mecânico necessário para atingir o ponto de ruptura, como é tomado como a área sob a curva até Fmax. W2 é o trabalho medido (área sob a curva) após a ruptura da pele.
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| Comparação da extensibilidade da massa de 2 tipos de massa |
A força para esticar a massa até o ponto de ruptura indica resistência à extensão – a distância neste ponto indica extensibilidade. Uma distância maior indica uma massa mais extensível.
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| Comparação de teste de flexão de 3 tipos de massa indicando diferentes qualidades de resistência e fragilidade |
Dados típicos de aplicações cosméticas que requerem eixos de força-distância
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| Ensaio de tração de um monofilamento de cabelo até o ponto de ruptura |
À medida que a carga aumenta, o cabelo se estende até atingir seu ponto de escoamento (o ponto em que qualquer deslocamento adicional resultará em deformação (plástica) permanente). A deformação plástica ocorre após o escoamento e, à medida que mais carga é aplicada, a área da seção transversal da amostra será reduzida. A amostra se fraturará quando sua seção transversal não puder mais suportar a carga aplicada. Esta é a resistência à tração da amostra e o deslocamento total necessário para quebrar a amostra é a extensibilidade.
Dados típicos de aplicações de materiais que requerem eixos de força-distância
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Teste de tração em papel ASTM usando garras autoapertáveis
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Uma vez que o teste tenha sido iniciado, a garra superior puxa para cima, aplicando subsequentemente tensão à amostra. A ação de tração inicial é indicada por um aumento linear inicial na força ( deformação elástica). Conforme a tensão prossegue, a maioria das amostras exibe deformação permanente até a fratura.
Frequentemente, em testes de materiais, os dados precisam ser exibidos como tensão vs. deformação. A deformação é a
medida da deformação sofrida pelo material em resposta a uma força aplicada, expressa como uma razão entre a mudança no comprimento e o comprimento original.
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Ensaio de tração de 2 tipos de folhas de flandres mostrados com eixos de tensão versus deformação
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Sensibilidade à distância/deslocamento
A resolução do deslocamento é uma consideração importante para situações em que mudanças sutis em
distância infere propriedades significativamente diferentes. Este é o caso em aplicações como um adesivo (Erro! Fonte de referência não encontrada.) onde a distância de separação do adesivo da sonda indica a viscosidade ou a distância até a fratura de uma amostra quebradiça, como um cracker, para o qual cada algarismo significativo de um valor de distância é importante.
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| Medição da viscosidade de um adesivo |
A exatidão e a exatidão das medições de deslocamento são determinadas pelo mecanismo de acionamento e pelo motor usados. A exatidão do deslocamento também depende da conformidade do sistema mecânico; esse fator pode ser reduzido realizando uma correção de conformidade/deflexão de curvatura do quadro.
A medição precisa da distância ou deslocamento na análise de textura/caracterização de materiais é
essencial para a compreensão das propriedades mecânicas dos materiais. Esta medição fornece
insights valiosos para controle de qualidade, desenvolvimento de produtos e caracterização de materiais. Ao garantir a preparação adequada da amostra, calibração e condições de teste controladas, medições de distância/deslocamento confiáveis e significativas podem ser obtidas.
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