La aplicación de la expansión lineal en ingeniería

La aplicación de la expansión lineal en ingeniería

La mayoría de los materiales se expanden y contraen debido a los cambios de temperatura. en esta relación directa, el material se expande cuando se calienta, y se contrae cuando se enfría. La velocidad de expansión y contracción es mínima por grado de cambio de temperatura. sin embargo, en grandes estructuras como puentes o edificios, las cantidades mínimas se suman, lo que lleva a un gran cambio en el tamaño. los ingenieros tienen que dar cuenta del cambio y desarrollar soluciones para varias estructuras para absorber la expansión y la contracción.

coeficientes de la tabla de expansión lineal

use los coeficientes de la tabla de expansión lineal de la caja de herramientas de ingeniería para determinar la tasa de expansión de un material por pulgada, por cambio de temperatura. por ejemplo, la velocidad del acero es de 7,3 veces 10 a las menos 6 pulgadas por grado Fahrenheit. para convertir de la notación científica a números reales, un cubo de acero de 1 pulgada por lado se expande .0000073 de pulgada cuando la temperatura sube 1 grado Fahrenheit. esto es aproximadamente 1/50 del grosor de un cabello.

figuras de mesa para practicar

puede pensar que expandir 1/50 del grosor de un cabello para acero no es mucho, pero los coeficientes de expansión se suman. por ejemplo, el puente mackinaw en michigan tiene 5 millas de longitud. esto se convierte a 316,800 pulgadas. en el invierno, las temperaturas en michigan pueden bajar a menos 20 grados Fahrenheit, y en el verano pueden alcanzar los 90 grados Fahrenheit. Esta es una diferencia de temperatura de 110 grados. multiplicando .0000073 por 316,800 por 120 produce 254 pulgadas, o aproximadamente 21 pies de expansión o contracción.

Problemas de expansión y soluciones.

El problema del puente mackinaw es un pequeño ejemplo de los millones de problemas de expansión y contracción que los ingenieros superan cada día. los ingenieros diseñan juntas móviles especiales, llamadas juntas de expansión, para permitir algo de "dar" para el problema de expansión / contracción. si el puente de mackinaw no tuviera juntas de expansión, se rompería de sus soportes al expandirse. El puente mackinaw tiene 31 juntas de expansión colocadas estratégicamente. estas uniones se entrelazan como dedos y se deslizan una sobre otra cuando el puente se mueve. El concreto también se expande y se contrae. Las calzadas tienen franjas negras a intervalos preestablecidos, estas son juntas de expansión para concreto. Si no estuvieran allí, el concreto se agrietaría, debido a las tensiones internas acumuladas por la expansión.

Problemas y soluciones de materiales diferentes.

Los diferentes materiales colocados uno al lado del otro plantean sus propios problemas. Muchos motores de automoción tienen bloques de hierro fundido, pero cabezas de aluminio. El coeficiente de expansión lineal del aluminio es mayor que el del hierro. Cuando el motor alcanza la temperatura de funcionamiento, si las cabezas se expanden demasiado, los pernos de la cabeza pueden romperse. Cuando se enfrían, los tornillos de cabeza pueden aflojarse. los ingenieros resolvieron el problema desarrollando un perno especial para la cabeza, llamado perno de estiramiento. los pernos de estiramiento están hechos de un compuesto de acero especial, y se estiran literalmente cuando se calientan. cuando la cabeza de aluminio se expande, el perno se estira, para que no se rompa. cuando la cabeza se enfría, se retrae. un perno de estiramiento es casi como un resorte, capaz de expandirse y contraerse.



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