Comente sobre o efeito da variação da temperatura em peças estruturais.
Passo 1
O enunciado pede para comentarmos como a variação de temperatura afeta peças estruturais. O conteúdo da matéria envolve as noções de dilatação térmica, tensões térmicas e comportamento mecânico de materiais sob variação de temperatura.
Passo 2
Quando a temperatura de uma peça muda, seu comprimento (ou volume) varia segundo a fórmula da dilatação linear:
onde
é o coeficiente de dilatação térmica do material,
o comprimento inicial e
a variação de temperatura.
Se a peça estiver livre para expandir ou contrair, não surgem tensões além das internas de dilatação. Mas se ela estiver engastada ou presa, a dilatação fica impedida e aparece uma tensão térmica dada por
Se a peça estiver livre para expandir ou contrair, não surgem tensões além das internas de dilatação. Mas se ela estiver engastada ou presa, a dilatação fica impedida e aparece uma tensão térmica dada por
sendo
o módulo de Young. Essa tensão pode levar a fissuras, flambagem ou até fadiga térmica.
Passo 3
Em estruturas com gradientes de temperatura (por exemplo, paredes espessas ou junções de metais diferentes), ocorre dilatação diferencial que gera tensões internas não uniformes, deformações localizadas e possíveis empenamentos ou trincas.
Além disso, o próprio material muda suas propriedades mecânicas com a temperatura: em altas temperaturas, tipicamente e a resistência à tração diminuem, favorecendo fluência lenta (creep); em baixas temperaturas, alguns materiais ficam mais frágeis, reduzindo tenacidade e aumentando risco de fratura súbita.
Além disso, o próprio material muda suas propriedades mecânicas com a temperatura: em altas temperaturas, tipicamente
Resposta
A variação de temperatura causa dilatação ou contração das peças (segundo
), e quando há restrição ao movimento surgem tensões térmicas
. Gradientes térmicos provocam deformações não uniformes, aumentando o risco de empenamento, fissuração ou fluência. Por fim, a temperatura altera as propriedades mecânicas do material, podendo reduzir resistência ou aumentar fragilidade, exigindo cuidados de projeto (juntas de dilatação, escolha de materiais compatíveis e tratamentos térmicos).