A dilatação térmica pode causar problemas em estruturas de engenharia e construção. Explique como esse fenômeno ocorre, destacando o papel do coeficiente de dilatação térmica. Em seguida, cite três situações práticas em que a dilatação térmica precisa ser controlada ou prevista, sugerindo soluções para mitigar possíveis danos causados por esse efeito.
Passo 1
Beleza, o enunciado tá pedindo pra gente explicar o que é dilatação térmica, mostrar por que ela rola (como as partículas se comportam) e destacar o tal coeficiente de dilatação térmica. Depois, temos de dar três exemplos práticos onde esse efeito precisa ser previsto ou controlado, indicando soluções pra não dar ruim nas estruturas. O conteúdo aqui é Física/Tecnologia de Materiais, usando a fórmula básica de dilatação e conceitos de coeficiente térmico.
Passo 2
Primeiro, olha como funciona a teoria por trás:
- Quando você esquenta um sólido, as partículas (átomos ou moléculas) vibram mais forte e “ficam mais espalhadas”. Isso faz com que o comprimento, a área ou o volume do objeto aumente.
- Para um objeto alongado (uma barra, por exemplo), a mudança de comprimento ∆L é dada por:
onde
•= comprimento inicial
•= variação de temperatura (em °C ou K)
•= coeficiente de dilatação linear (unidades: 1/°C)
- O coeficienteindica “quanto” o material expande por grau de temperatura. Materiais diferentes têm diferentes.
Passo 3
Agora, três situações práticas e como a galera resolve:
- Juntas de dilatação em pontes
- Problema: se a ponte aquece no sol, o aço e o concreto vão se expandir e podem rachar ou empurrar pilares.
- Solução: instalar juntas elásticas (ou deslizantes) que permitem o movimento controlado das lajes e evitam tensão excessiva.
- Trilhos de trem
- Problema: o trilho metálico expande no calor e pode encurvar (efeito “gônada”), causando descarrilamento.
- Solução: deixar folgas entre as placas de aço (pequenas aberturas) ou usar trilhos soldados continuadamente com tensões pré-ajustadas para acomodar a dilatação.
- Tubulações de água quente em prédios
- Problema: o aquecimento faz o tubo de metal ou PVC dilatar, gerando empenamento ou vazamentos em conexões rígidas.
- Solução: inserir compensadores (curvas em “U” ou “S”) e abraçadeiras móveis que absorvem a expansão sem forçar as junções.
Resposta
A dilatação térmica ocorre porque, ao aumentar a temperatura, as partículas nos sólidos vibram mais e ficam mais distantes, fazendo com que o comprimento (ou volume) cresça. O coeficiente de dilatação
quantifica essa expansão:
. Exemplos de controle: juntar placas deslizantes em pontes, folgas ou soldas especiais em trilhos de trem e compensadores em tubulações para impedir trincas, empenamentos e vazamentos.