Cos'è la termoelasticità?

La termoelasticità è la variazione delle dimensioni e della forma di un oggetto solido mentre la temperatura di quell'oggetto fluttua. I materiali che sono più elastici si espanderanno e si contraggerà più di quei materiali più anelastici. Gli scienziati usano la loro comprensione della termoelasticità per progettare materiali e oggetti in grado di resistere a fluttuazioni di temperatura senza rompere.

Gli scienziati hanno compreso le equazioni che descrivono la termoelasticità per oltre 100 anni, ma solo recentemente hanno iniziato i materiali di test di stress per determinare quanto siano termoelastici. Immaginando materiali all'aumento e al calo delle temperature, gli ingegneri sono in grado di prevedere quanto questi materiali si espanderanno o si contraggono a temperature diverse. Questa conoscenza è importante quando si costruiscono macchine o strutture per cuscinetti con peso con pezzi che devono adattarsi a stretto contatto. Comprendere i principi della termoelasticità aiuta gli ingegneri a progettare cose che mantengono la loro integrità strutturale per ungamma di temperature.

I principi della termoelasticità hanno influenzato il modo in cui gli ingegneri progettano una serie di oggetti diversi. Sapere che il cemento si espande quando viene riscaldato, ad esempio, è la ragione per cui i marciapiedi sono progettati con piccoli spazi tra le lastre. Senza questi spazi, il cemento non avrebbe spazio per espandersi, causando molta stress sul materiale e portando a crepe, rotture o buchi. Allo stesso modo, i ponti sono progettati con giunti di espansione per consentire all'espansione dei componenti man mano che vengono riscaldati.

Tutti i materiali elastici si espandono quando riscaldati e contraggono quando raffreddato. L'espansione che è descritta dalle formule di termoelasticità è causata da un aumento del movimento degli atomi nel materiale. Questi atomi rimangono collegati tra loro come un riscaldamento solido ma i legami molecolari crescono di dimensioni, permettendo agli atomi di allontanarsi l'uno dall'altro e causareil materiale da crescere. Al contrario, quando un materiale viene raffreddato, gli atomi si muovono di meno e i legami li avvicinano l'uno all'altro.

I principi della termoelasticità impongono che l'espansione causata da un aumento della temperatura farà espandere un oggetto in tutte le direzioni. Le lastre di cemento si espandono l'una verso l'altra, lontano da terra e verso il suolo quando sono riscaldate. Le tazze o altre navi si espanderanno anche in tutte le direzioni in modo tale che il volume totale che può contenere aumenti insieme alle dimensioni della nave. Formule specifiche vengono utilizzate nello studio della termoelasticità per descrivere come gli oggetti cambiano in forma con i cambiamenti di temperatura.