EXPANSÃO TÉRMICA
Explique onde e como a expansão térmica se aplica na vida real (ex.: juntas de dilatação, materiais diferentes em contato).

Passo 1

O enunciado pede para entender onde e como a expansão térmica aparece no dia a dia. O conteúdo é o conceito de expansão térmica (linear, superficial e volumétrica) e o coeficiente de expansão. Para resolver, precisamos do raciocínio físico por trás da dilatação e de exemplos práticos de engenharia e uso cotidiano.

Passo 2

A expansão térmica ocorre porque, ao aquecer, as partículas de um sólido ou líquido vibram mais e ocupam mais espaço. No caso mais simples (expansão linear), a variação de comprimento \Delta L de uma barra de comprimento inicial L quando a temperatura muda em \Delta T é dada por
\Delta L = \alpha \, L \,\Delta T
onde \alpha é o coeficiente de expansão linear do material. Existem também expansão superficial \beta \approx 2\alpha e volumétrica \gamma \approx 3\alpha, mas a lógica é parecida: toda dimensão cresce proporcionalmente à mudança de temperatura.

Passo 3

Um dos usos mais famosos é em juntas de dilatação de pontes, viadutos e trilhos de trem. Como o aço e o concreto se expandem com o calor, sem folga eles se deformariam e trariam esforço excessivo à estrutura. Então deixam-se vãos ou dispositivos de apoio que permitem esse alongamento seguro, evitando trincas ou ondulações.

Passo 4

Quando materiais diferentes estão em contato (por exemplo, um revestimento metálico colado a um compósito), suas dilatações podem ser diferentes \alpha_1\neq\alpha_2. Se não houver projeto adequado (camadas elásticas, juntas ou colas especiais), surgem tensões internas que levam a descolamentos, trincas ou empenamentos.

Passo 5

Um exemplo prático muito usado em termostatos é a lâmina bimetálica: duas chapas metálicas com coeficientes \alpha diferentes são unidas. Ao variar a temperatura, uma chapa se alonga mais que a outra, fazendo a lâmina curvar e acionar um contato elétrico. Esse mecanismo simples regula aquecedores, fornos elétricos e válvulas de radiadores de carro.

Resposta

A expansão térmica está presente em projetos de pontes, viadutos e trilhos (juntas de dilatação), no dimensionamento de tubulações e fachadas, no uso de compósitos e colagens de materiais distintos (evitando tensões por dilatações diferentes) e em dispositivos como lâminas bimetálicas de termostatos, que exploram essa dilatação diferencial para funcionar.

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