Problema assaig Charpy. Càlcul energia absorbida i secció de la proveta

Problema assaig Charpy. Càlcul energia absorbida i secció de la proveta
11 d'octubre de 2024 No hi ha comentaris Tecnologia Industrial Oscar Alex Fernandez Mora

En un assaig Charpy, el martell de $50$ kg de massa cau des d’una alçada d’$1,6$ m i després de trencar la proveta s’eleva $60$ cm. La resiliència del material és de $75$ J/cm$^2^. Es demana: a) L’energia absorbida per la proveta en trencar-se b) La secció de la proveta. c) Explicar la diferència entre oxidació i corrosió dels metalls.

Part a) Càlcul de l’energia absorbida per la proveta en trencar-se

Dades proporcionades:

  • Massa del martell: $m = 50\,\text{kg}$
  • Alçada de la caiguda del martell: $h_1 = 1.6\,\text{m}$
  • Alçada a la qual s’eleva després de trencar la proveta: $h_2 = 0.60\,\text{m}$
  • Acceleració gravitatòria: $g = 9.81\,\text{m/s}^2$

Pas 1: Càlcul de l’energia potencial inicial

L’energia potencial inicial del martell just abans de caure es calcula utilitzant la fórmula de l’energia potencial gravitatòria:

$$E_{\text{inicial}} = m \cdot g \cdot h_1$$

Substituint els valors:

$$E_{\text{inicial}} = 50\,\text{kg} \cdot 9.81\,\text{m/s}^2 \cdot 1.6\,\text{m} = 784.8\,\text{J}$$

Pas 2: Càlcul de l’energia potencial final

Després de trencar la proveta, el martell s’eleva a una alçada de $h_2 = 0.60\,\text{m}$, per tant, l’energia potencial final és:

$$E_{\text{final}} = m \cdot g \cdot h_2$$

Substituint els valors:

$$E_{\text{final}} = 50\,\text{kg} \cdot 9.81\,\text{m/s}^2 \cdot 0.60\,\text{m} = 294.3\,\text{J}$$

Pas 3: Càlcul de l’energia absorbida per la proveta

L’energia absorbida per la proveta és la diferència entre l’energia potencial inicial i l’energia potencial final:

$$E_{\text{absorbida}} = E_{\text{inicial}} – E_{\text{final}} = 784.8\,\text{J} – 294.3\,\text{J} = 490.5\,\text{J}$$

Part b) Càlcul de la secció de la proveta

Dades addicionals:

  • Resiliència del material: $75\,\text{J/cm}^2$

La resiliència és l’energia absorbida per unitat de superfície de la secció de la proveta, i es calcula com:

$$\text{Resiliència} = \frac{E_{\text{absorbida}}}{A}$$

On:

  • $E_{\text{absorbida}}$ és l’energia absorbida (ja calculada en la part anterior),
  • $A$ és l’àrea de la secció transversal de la proveta.

Despeguem l’àrea de la secció transversal $A$:

$$A = \frac{E_{\text{absorbida}}}{\text{Resiliència}}$$

Nota: La resiliència està donada en $\text{J/cm}^2$, per tant hem de convertir l’energia absorbida de $\text{J}$ a $\text{J/cm}^2$ abans de fer el càlcul. Per això, considerem que $1\ \text{m}^2 = 10000\ \text{cm}^2$.

$$A = \frac{490.5\,\text{J}}{75\,\text{J/cm}^2} = 6.54\,\text{cm}^2$$

Per tant, la secció de la proveta és de $6.54$ cm$^2$.

Part c) Diferència entre oxidació i corrosió dels metalls

Oxidació i corrosió són termes relacionats, però no són exactament el mateix.

  • Oxidació: És un procés químic en el qual un metall reacciona amb l’oxigen de l’aire (o d’altres compostos) per formar òxids. En l’oxidació, el metall perd electrons i es degrada. Per exemple, el ferro en oxidar-se forma òxid de ferro (Fe₂O₃), conegut com rovell.
  • Corrosió: És un procés més ampli que implica la degradació dels metalls a causa d’una reacció química o electroquímica amb el seu entorn. Tot i que l’oxidació és una forma de corrosió, la corrosió pot implicar altres agents, com l’aigua, àcids o substàncies alcalines. La corrosió afecta no només el ferro (oxidació), sinó també altres metalls com el coure, el zinc, l’alumini, etc. Un exemple típic de corrosió és l’òxid verd que apareix al coure quan s’exposa a la humitat i contaminants atmosfèrics.

En resum:

  • La oxidació és una forma de corrosió que implica la reacció amb l’oxigen.
  • La corrosió pot ser causada per diversos agents i afecta diferents metalls, no només per oxidació.
Sobre l'autor
Oscar Alex Fernandez Mora Etern estudiant de la Rússia tsarista. Gran aficionat als destil·lats i als fermentats. Malaltís de llibres de la MIR i entusiasta del #LaTeX. Soci de l’ACBC. Important actiu del projecte Campana de Gauss

Leave a reply

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *