¿Qué es la termoelasticidad?
La termoelasticidad es el cambio en el tamaño y la forma de un objeto sólido a medida que fluctúa la temperatura de ese objeto. Los materiales que sean más elásticos se expandirán y contraerán más que aquellos materiales que son más inelásticos. Los científicos usan su comprensión de la termoelasticidad para diseñar materiales y objetos que puedan resistir las fluctuaciones en la temperatura sin romperse.
Los científicos han entendido las ecuaciones que describen la termoelasticidad durante más de 100 años, pero solo recientemente han comenzado los materiales de prueba de tensión para determinar cuán termoelásticos son. Al someter materiales a temperaturas en aumento y caída, los ingenieros pueden predecir cuánto se expandirán o contraerán estos materiales a diferentes temperaturas. Este conocimiento es importante al construir máquinas o estructuras de soporte de peso con piezas que necesitan encajar de cerca. Comprender los principios de la termoelasticidad ayuda a los ingenieros a diseñar cosas que mantienen su integridad estructural para unrango de temperaturas.
Los principios de la termoelasticidad han afectado la forma en que los ingenieros diseñan varios objetos diferentes. Saber que el concreto se expande cuando se calienta, por ejemplo, es la razón por la que las aceras están diseñadas con pequeños espacios entre las losas. Sin estos espacios, el concreto no tendría espacio para expandirse, causando un gran estrés en el material y provocar grietas, roturas o agujeros. Del mismo modo, los puentes están diseñados con juntas de expansión para permitir que los componentes se expandan a medida que se calientan.
Todos los materiales que son elásticos se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfríen. La expansión que se describe por las fórmulas de termoelasticidad es causada por un aumento en el movimiento de los átomos en el material. Estos átomos permanecen vinculados entre sí a medida que un sólido se calienta, pero los enlaces moleculares crecen en tamaño, permitiendo que los átomos se alejen entre sí y causenel material para crecer. Por el contrario, cuando se enfría un material, los átomos se mueven menos y los enlaces los acercan entre sí.
Los principios de termoelasticidad dictan que la expansión causada por un aumento de la temperatura hará que un objeto se expanda en todas las direcciones. Las losas de concreto se expanden entre sí, hacia arriba del suelo y hacia el suelo cuando se calientan. Las tazas u otros vasos se expandirán en todas las direcciones, así como el volumen total que pueden contener aumentos junto con el tamaño del recipiente. Se utilizan fórmulas específicas en el estudio de la termoelasticidad para describir cómo los objetos cambian de forma con los cambios de temperatura.