De flesta material expanderar och kontrakt på grund av temperaturförändringar. I detta direkta förhållande expanderar materialet när det upphettas och kontraheras när det kyles. Expansionshastigheten och sammandragningen är minimal per grad av temperaturförändring. Men i stora strukturer som broar eller byggnader lägger de minsta mängderna upp, vilket leder till en stor förändring i storlek. Ingenjörer måste redovisa förändringen och utveckla lösningar för olika strukturer för att absorbera expansion och sammandragning.
Linjära expansionsbordets koefficienter
Använd Engineering Toolboxens koefficienter för linjär expansionsbord för att bestämma expansionshastighet för ett material per tum, per temperaturförändring. Till exempel är stålhastigheten 7,3 gånger 10 till minus 6 tum per grad Fahrenheit. Att konvertera från vetenskaplig notering till reella tal, en kub av stål 1 tum på en sida expanderar .0000073 av en tum när temperaturen stiger 1 grad Fahrenheit. Det här är ungefär 1/50 tjockleken på ett hår.
Tabellfigur att öva
Du kanske tror att expanderande 1/50 tjockleken på ett hår för stål inte är mycket, men expansionskoefficienter Lägg till. Till exempel är Mackinaw-bron i Michigan 5 miles lång. Detta omvandlas till 316 800 tum. På vintern kan temperaturen i Michigan dyka till minus 20 grader Fahrenheit, och på sommaren kan nå 90 grader Fahrenheit. Detta är en temperaturskillnad på 110 grader. Multiplicera .0000073 med 316.800 med 120 ger 254 tum eller cirka 21 fot expansion eller sammandragning.
Expansionsproblem och lösningar
Problemet med Mackinaw-broen är ett litet exempel på de miljoner expansionen och sammandragsproblem ingenjörerna övervinner varje dag. Ingenjörer konstruerar speciella rörliga fogar, som kallas expansionsfogar, för att ge "ge" för expansion /sammandragningsproblemet. Om Mackinaw-bron inte hade expansionsfogar skulle den riva av sig av stöden när den expanderar. Mackinawbroen har 31 strategiskt placerade expansionsfogar. Dessa leder sammanlås som fingrar och glida över varandra när bron går. Betong expanderar och kontrakterar också. Körningar har svarta band i förinställda intervaller - det här är expansionsfogar för betong. Om de inte var där skulle betongen spricka på grund av inre påfrestningar uppbyggda av expansion.
Olika materialproblem och lösningar
Olika material placerade bredvid varandra ställer sina egna problem. Många bilmotorer har gjutjärnsklämmor, men aluminiumhuvuden. Aluminiumens koefficient för linjär expansion är större än järnens. När motorn når driftstemperaturen, om huvuden expanderar för mycket, kan huvudbultarna sönderbrytas. När det kyls kan huvudbultarna lossna. Ingenjörer löst problemet genom att utveckla en speciell huvudbult, kallad en sträckbult. Sträckbultarna är gjorda av en speciell stålförening och sträcker sig ordentligt vid upphettning. När aluminiumhuvudet expanderar, sträcker bulten sig, så det kommer inte att brytas. När huvudet svalnar, drar det sig tillbaka. En sträckbult är nästan som en fjäder, som kan expandera och kontrakta.
