La termoelasticità è il cambiamento delle dimensioni e della forma di un oggetto solido al variare della temperatura di quell’oggetto. I materiali più elastici si espanderanno e si contrarranno più di quelli più anelastici. Gli scienziati usano la loro comprensione della termoelasticità per progettare materiali e oggetti in grado di resistere alle fluttuazioni di temperatura senza rompersi.
Gli scienziati hanno compreso le equazioni che descrivono la termoelasticità per oltre 100 anni, ma solo di recente hanno iniziato a testare i materiali per determinare quanto sono termoelastici. Sottoponendo i materiali a temperature in aumento e in diminuzione, gli ingegneri sono in grado di prevedere quanto questi materiali si espanderanno o si contrarranno a temperature diverse. Questa conoscenza è importante quando si costruiscono macchine o strutture portanti con pezzi che devono combaciare strettamente. Comprendere i principi della termoelasticità aiuta gli ingegneri a progettare cose che mantengono la loro integrità strutturale per una gamma di temperature.
I principi della termoelasticità hanno influenzato il modo in cui gli ingegneri progettano una serie di oggetti diversi. Sapere che il calcestruzzo si dilata quando viene riscaldato, ad esempio, è il motivo per cui i marciapiedi sono progettati con piccoli spazi tra le lastre. Senza questi spazi, il calcestruzzo non avrebbe spazio per dilatarsi, causando forti sollecitazioni sul materiale e portando a crepe, rotture o buchi. Allo stesso modo, i ponti sono progettati con giunti di dilatazione per consentire ai componenti di espandersi mentre vengono riscaldati.
Tutti i materiali che sono elastici si espandono quando vengono riscaldati e si contraggono quando vengono raffreddati. L’espansione descritta dalle formule di termoelasticità è causata da un aumento del movimento degli atomi nel materiale. Questi atomi rimangono legati l’uno all’altro come un solido si riscalda ma i legami molecolari crescono di dimensioni, permettendo agli atomi di allontanarsi l’uno dall’altro e facendo crescere il materiale. Al contrario, quando un materiale viene raffreddato, gli atomi si muovono meno ei legami li avvicinano l’uno all’altro.
I principi della termoelasticità impongono che l’espansione causata da un aumento della temperatura farà espandere un oggetto in tutte le direzioni. Lastre di cemento si espandono l’una verso l’altra, verso l’alto e verso il basso quando vengono riscaldate. Anche le tazze o altri recipienti si espanderanno in tutte le direzioni in modo tale che il volume totale che possono contenere aumenti insieme alle dimensioni del recipiente. Nello studio della termoelasticità vengono utilizzate formule specifiche per descrivere come gli oggetti cambiano forma al variare della temperatura.