EXPANSÃO TÉRMICA
Explique onde e como a expansão térmica se aplica na vida real (ex.: juntas de dilatação, materiais diferentes em contato).
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
de uma barra de comprimento inicial
quando a temperatura muda em
é dada por
onde
é o coeficiente de expansão linear do material. Existem também expansão superficial
e volumétrica
, 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
. 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
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.