A maioria dos materiais se expande e se contrai devido a mudanças de temperatura. Nessa relação direta, o material se expande quando aquecido e se contrai quando resfriado. A taxa de expansão e contração é mínima por grau de mudança de temperatura. No entanto, em grandes estruturas como pontes ou edifícios, as quantidades mínimas se somam, levando a uma grande mudança no tamanho. Os engenheiros precisam levar em conta a mudança e desenvolver soluções para várias estruturas para absorver a expansão e a contração.

Coeficientes da tabela de expansão linear

Use a tabela Coeficientes de expansão linear da Caixa de ferramentas de engenharia para determinar a taxa de expansão para um material por polegada, por mudança de temperatura. Por exemplo, a taxa de aço é de 7,3 vezes 10 a menos de 6 polegadas por grau Fahrenheit. Para converter de notação científica em números reais, um cubo de aço de 1 polegada de lado expande 0,0000073 de uma polegada quando a temperatura sobe 1 grau Fahrenheit. Isso é cerca de 1/50 da espessura de um cabelo.

Tabela de figuras para a prática de

Você pode pensar que a expansão de 1/50 da espessura de um cabelo para o aço não é muito, mas os coeficientes de expansão adicionar. Por exemplo, a ponte Mackinaw em Michigan tem 5 milhas de comprimento. Isso se converte em 316.800 polegadas. No inverno, as temperaturas em Michigan podem diminuir para menos 20 graus Fahrenheit, e no verão pode chegar a 90 graus Fahrenheit. Esta é uma diferença de temperatura de 110 graus. Multiplicando 0,0000073 por 316,800 por 120 rende 254 polegadas, ou cerca de 21 pés de expansão ou contração.

Problemas de expansão e soluções

O problema da ponte Mackinaw é um pequeno exemplo dos milhões de expansão e problemas de contração engenheiros superam todos os dias. Os engenheiros projetam juntas móveis especiais, chamadas de juntas de dilatação, para permitir algum "problema" de expansão /contração. Se a ponte de Mackinaw não tivesse juntas de dilatação, ela se arrancaria dos suportes quando se expandisse. A ponte Mackinaw possui 31 juntas de expansão estrategicamente posicionadas. Essas articulações se encaixam como dedos e deslizam umas sobre as outras quando a ponte se move. O concreto também se expande e se contrai. As entradas de automóveis têm faixas pretas em intervalos predefinidos - são juntas de expansão para concreto. Se eles não estivessem lá, o concreto racharia, devido a tensões internas acumuladas pela expansão.

Problemas e Soluções de Materiais Dissimilares

Materiais dissimilares colocados lado a lado colocam seus próprios problemas. Muitos motores automotivos têm blocos de ferro fundido, mas cabeças de alumínio. O coeficiente de expansão linear do alumínio é maior que o do ferro. Quando o motor atingir a temperatura de operação, se as cabeças se expandirem demais, os parafusos da cabeça podem se quebrar. Quando resfriado, os parafusos da cabeça podem se soltar. Engenheiros resolveram o problema desenvolvendo um parafuso de cabeça especial, chamado parafuso de extensão. Os parafusos são feitos de um composto de aço especial e, literalmente, esticam quando aquecidos. Quando a cabeça de alumínio se expande, o parafuso se estica para não se romper. Quando a cabeça esfria, ela se retrai. Um parafuso de estiramento é quase como uma mola, capaz de se expandir e se contrair.