¿Qué es la termoelasticidad?

La termoelasticidad es el cambio en el tamaño y la forma de un objeto sólido a medida que fluctúa la temperatura de ese objeto. Los materiales que son más elásticos se expandirán y contraerán más que los materiales que son más inelásticos. Los científicos utilizan su comprensión de la termoelasticidad para diseñar materiales y objetos que puedan soportar fluctuaciones de temperatura sin romperse.

Los científicos han entendido las ecuaciones que describen la termoelasticidad durante más de 100 años, pero solo recientemente han comenzado los materiales de prueba de esfuerzo para determinar qué tan termoelásticos son. Al someter los materiales a temperaturas ascendentes y descendentes, los ingenieros pueden predecir cuánto se expandirán o contraerán estos materiales a diferentes temperaturas. Este conocimiento es importante cuando se construyen máquinas o estructuras que soportan peso con piezas que necesitan encajar muy juntas. Comprender los principios de termoelasticidad ayuda a los ingenieros a diseñar cosas que mantengan su integridad estructural para un rango de temperaturas.

Los principios de la termoelasticidad han afectado la forma en que los ingenieros diseñan varios objetos diferentes. Saber que el concreto se expande cuando se calienta, por ejemplo, es la razón por la cual las aceras están diseñadas con pequeños espacios entre las losas. Sin estos espacios, el concreto no tendría espacio para expandirse, lo que causaría una gran tensión en el material y provocaría grietas, roturas o agujeros. Del mismo modo, los puentes están diseñados con juntas de expansión para permitir que los componentes se expandan a medida que se calientan.

Todos los materiales que son elásticos se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. La expansión que se describe mediante las fórmulas de termoelasticidad es causada por un aumento en el movimiento de los átomos en el material. Estos átomos permanecen unidos entre sí a medida que se calienta un sólido, pero los enlaces moleculares crecen en tamaño, permitiendo que los átomos se alejen unos de otros y haciendo que el material crezca. Por el contrario, cuando un material se enfría, los átomos se mueven menos y los enlaces los acercan entre sí.

Los principios de la termoelasticidad dictan que la expansión causada por un aumento de la temperatura hará que un objeto se expanda en todas las direcciones. Las losas de concreto se expanden una hacia la otra, lejos del suelo y hacia abajo cuando se calientan. Las tazas u otros recipientes se expandirán en todas las direcciones también de tal manera que el volumen total que puedan contener aumente junto con el tamaño del recipiente. Se usan fórmulas específicas en el estudio de la termoelasticidad para describir cómo los objetos cambian de forma con los cambios de temperatura.