آماگ
۲۵ اسفند ۱۴۰۴، ۰۹:۴۵

اگر فلز هنگام گرما منبسط می‌شود، چگونه گرم کردن پیچ و مهره آن را شل می‌کند؟

اگر در برداشتن یک پیچ گیرکرده مشکل دارید، توصیه رایج این است که پیچ را گرم کنید. اما اگر فلز هنگام گرما منبسط شود، آیا گرم کردن پیچ آن را سخت‌تر برای برداشتن نمی‌کند؟ گرم کردن پیچ چگونه باعث آزاد شدن آن می‌شود؟

پاسخ‌ها (2)

۲۵ اسفند ۱۴۰۴، ۱۰:۴۵
پاسخ به طرز شگفت‌آوری ساده است: پیچ منبسط می‌شود، اما مهره بیشتر منبسط می‌شود.
آنچه در اینجا رخ می‌دهد همان انبساط حرارتی خوب قدیمی است: پیچ گرم می‌شود و به سمت بیرون منبسط می‌شود، شعاع آن افزایش می‌یابد. مهره گرم می‌شود و... به سمت بیرون منبسط می‌شود، شعاع آن افزایش می‌یابد. حال، از آنجا که شعاع مهره کمی بزرگ‌تر از شعاع پیچ است و چون افزایش متناسب با طول اولیه است، مهره کمی بیشتر منبسط می‌شود. آهن ضریب حرارتی در حدود ۱۰ به توان منفی ۵ بر کلوین دارد. این یعنی به ازای هر افزایش ۱ کلوین دما، افزایشی به اندازه ۱۰ به توان منفی ۵ در اندازه دارید: یک میله ۱ متری به طول ۱.۰۰۰۰۱ متر تبدیل می‌شود. اگر پیچ شما شعاع r = 1.5 میلی‌متر و مهره شعاع R = 1.501 میلی‌متر داشته باشد، وقتی دما ۵۰۰ کلوین افزایش یابد چه اتفاقی می‌افتد؟ خب: r = 1.5×(1+500×10⁻⁵) میلی‌متر = 1.5075 میلی‌متر R = 1.501×(1+500×10⁻⁵) میلی‌متر = 1.508505 میلی‌متر همان‌طور که می‌بینید، قبل از گرمایش R - r = 1 میکرومتر بود، در حالی که بعد از آن R - r ≈ 1.001 میکرومتر است. افزایش یافته است! لطفاً توجه داشته باشید که اعداد من کاملاً تقریبی هستند و فقط برای ارائه یک مثال به کار رفته‌اند. مطمئنم مقادیر اولیه را درست نگرفتم، اما امیدوارم این مثال به انتقال مفهوم کمک کند.