O que é termoelasticidade?

Termoelasticidade é a mudança no tamanho e na forma de um objeto sólido, à medida que a temperatura desse objeto flutua. Os materiais que são mais elásticos irão expandir e contrair mais do que os materiais que são mais inelásticos. Os cientistas usam sua compreensão da termoelasticidade para projetar materiais e objetos que podem suportar flutuações de temperatura sem quebrar.

Os cientistas entendem as equações que descrevem a termoelasticidade há mais de 100 anos, mas apenas recentemente começaram a testar materiais para determinar como eles são termoelásticos. Ao sujeitar os materiais a temperaturas crescentes e decrescentes, os engenheiros são capazes de prever quanto esses materiais expandirão ou contrairão em diferentes temperaturas. Esse conhecimento é importante ao construir máquinas ou estruturas de suporte de peso com peças que precisam se encaixar bem. A compreensão dos princípios da termoelasticidade ajuda os engenheiros a projetar coisas que mantêm sua integridade estrutural por uma variedade de temperaturas.

Os princípios da termoelasticidade afetaram a maneira como os engenheiros projetam vários objetos diferentes. Saber que o concreto se expande quando é aquecido, por exemplo, é a razão pela qual as calçadas são projetadas com pequenos espaços entre as lajes. Sem esses espaços, o concreto não teria espaço para se expandir, causando muita tensão no material e levando a rachaduras, quebras ou furos. Da mesma forma, as pontes são projetadas com juntas de expansão para permitir que os componentes se expandam à medida que são aquecidos.

Todos os materiais elásticos se expandem quando aquecidos e se contraem quando resfriados. A expansão descrita pelas fórmulas de termoelasticidade é causada por um aumento no movimento dos átomos no material. Esses átomos permanecem ligados um ao outro como um aquecimento sólido, mas as ligações moleculares aumentam de tamanho, permitindo que os átomos se afastem um do outro e fazendo com que o material cresça. Por outro lado, quando um material é resfriado, os átomos se movem menos e as ligações os puxam para mais perto um do outro.

Os princípios da termoelasticidade determinam que a expansão causada por um aumento de temperatura fará com que um objeto se expanda em todas as direções. Lajes de concreto se expandem uma em direção à outra, afastando-se do chão e descendo em direção ao chão quando são aquecidas. Copos ou outros recipientes se expandirão em todas as direções, de maneira que o volume total que eles possam conter aumente junto com o tamanho do recipiente. Fórmulas específicas são usadas no estudo da termoelasticidade para descrever como os objetos mudam de forma com as mudanças de temperatura.