Física 2º ano prof. pedro ivo - (dilatação térmica linear )

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Física 2º ano prof. pedro ivo - (dilatação térmica linear )

  1. 1. DILATAÇÃO L = L0 + ∆L A dilatação é o aumento das dimensões de um corpoou sustância devido ao aumento da temperatura. A contração é APLICAÇÕES PRÁTICAS DE DILATAÇÃO LINEARo fenômeno contrário, ou seja, a diminuição das dimensões deum corpo devido à diminuição de sua temperatura. Lâminas bimetálicas – Quando você solda duas barras de materiais diferentes você obtém uma lâmina bimetálica e, se A dilatação e a contração ocorrem mais facilmente em você as submeter à mesma variação de temperatura, o sistemadeterminados materiais do que em outros, pois a dilatação vai curvar-se para o lado da barra de menor coeficiente dedepende da natureza dos corpos. A maior ou menor facilidade dilatação, quando aquecida e para o lado da barra de maiorcom que uma substância se dilata ou contrai, é expressa em coeficiente de dilatação, quando resfriada.seu coeficiente de dilatação. A dilatação também depende diretamente de outrosfatores: o tamanho inicial do corpo e da sua variação detemperatura, ou seja, da diferença entre a temperatura inicial ea temperatura final.DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS Por uma questão didática, a dilatação dos sólidos édivida em três partes: linear, superficial, e volumétrica. A Dilatação linear (∆L) é a dilatação observada emapenas uma dimensão do corpo. As lâminas bimetálicas são muito utilizadas nos relés térmicos, dispositivos que desligam automaticamente um circuito quando a temperatura atinge determinado valor, para controlar a temperatura de um dado ambiente Quando a temperatura do ambiente superar certo limite, o termostato deve desligar o aquecedor fazendo sua lâmina bimetálica envergar, abrindo os contatos, e desligando o aparelho da rede elétrica. Na figura abaixo vemos o exemplo dessa propriedade em um alarme contra incêndio: L 0T0 ∆L = L - L0 T LA dilatação linear ( ∆ L) pode ser determinada por: ∆L = L0 ⋅α ⋅ ∆T∆L = Dilatação linearL0 = Comprimento inicialα = Coeficiente de dilatação linear do corpo (°C-1)∆T = Variação de temperatura (°C) Se as armações metálicas das figuras forem deO comprimento final (L) então será: mesmo material, homogêneas e de secção transversal
  2. 2. constante e se sofrerem a mesma variação de temperatura, é de 5,000 cm e à temperatura de 220 o C é de 5,002 cm.elas não se deformarão, os pontos de contato não trocarão Determine o coeficiente de dilatação linear da substância.forças entre si, elas manterão o formato inicial, mas comdimensões maiores e, todos os ângulos internos permanecerão 7. A figura mostra uma ponte apoiada sobre dois pilaresos mesmos. Observe que seus comprimentos não se dilatam feitos de materiais diferentes.por igual, a hipotenusa se dilata mais que os catetos.Exercícios Como se vê, o pilar mais longo, de comprimento L 1 =1. Um cano de cobre de 4 m a 20 o C é aquecido até 80 o C. 40 m, possui coeficiente de dilatação linear α = 18. 10 -6°C-1.O Dado do cobre igual a 17.10-6 oC-1 , de quanto aumentou pilar mais curto tem comprimento L 2 = 30 m. Para que a ponte o comprimento do cano? permaneça sempre na horizontal, determine o coeficiente linear do material do segundo pilar.2. O comprimento de um fio de alumínio é de 30 m, a 20 oC. 8. O gráfico abaixo representa a variação, em milímetros, do Sabendo-se que o fio é aquecido até 60 oC e que o comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial coeficiente de dilatação linear do alumínio é de 24.10 -6 igual a 1,000m, aquecida em um forno industrial. C , determine a variação no comprimento do fio. o -13. Qual o aumento de comprimento que sofre uma extensão de trilhos de ferro com 1000 m ao passar de 0 o C para 40o C, sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 12.10-6 oC-1 ? Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10 -6 ºC-1. 9. A figura mostra um balanço AB suspenso por fios, presos ao teto.4. Uma barra de ferro tem, a 20o C, um comprimento igual a 300 cm. O coeficiente de dilatação linear do ferro vale 12.10-6 oC-1. Determine o comprimento da barra a 120o C.5. Um tubo de ferro, a = 12.10 -6 oC-1, tem 10 m a -20 o C. Ele foi aquecido até 80o C. Calcule o comprimento a final do tubo. Os fios têm coeficientes de dilatação linear α A = 1,5 x 10-5 K e αB = 2,0 x 10-5 K-1, e comprimentos LA e LB, -1 respectivamente, na temperatura To. Considere LB = 72 cm e determine o comprimento LA, em cm, para que o balanço permaneça sempre na horizontal (paralelo ao solo), em qualquer temperatura.6. Uma barra de determinada substância é aquecida de 20 o 01. É muito comum acontecer de, quando copos iguais são C para 220o C. Seu comprimento à temperatura de 20 o C empilhados, colocando-se um dentro do outro, dois deles
  3. 3. ficarem emperrados, tornando-se difícil separá-los.Considerando o efeito da dilatação térmica, pode-se afirmar queé possível retirar um copo de dentro do outro se:a) os copos emperrados forem mergulhados em água bemquente.b) no copo interno for despejada água quente e o copo externofor mergulhado em água bem fria.c) os copos emperrados forem mergulhados em água bem fria.d) no copo interno for despejada água fria e o copo externo formergulhado em água bem quente. Elevando a temperatura do sistema:e) não é possível separar os dois copos emperrados a) a base e os lados se dilatam igualmenteconsiderando o efeito de dilatação térmica. b) os ângulos se mantém c) a área se conserva02. A lâmina bimetálica da figura abaixo é feita de cobre (α= d) o ângulo do vértice varia mais que os ângulos da base.1,4.10-5 ºC-1) e de alumínio ((α = 2,4.10-5 ºC-1). Uma das partesnão pode deslizar sobre a outra e o sistema está engastado 05. Um quadrado foi montado com três hastes de alumínio (α Alnuma parede. = 24. 10-6 C-1) e uma haste de aço (αaço = 12. 10-6 C-1), e todas inicialmente à mesma temperatura. Se na temperatura ambiente (27 ºC) ela é horizontal, aafirmativa correta sobre o comportamento da lâmina (α é ocoeficiente de dilatação linear) é:a) Sempre se curva para baixo quando muda a temperatura.b) Sempre se curva para cima quando muda a temperatura.c) Curva-se para baixo se θ > 27 ºC e para cima de θ < 27 ºC.d) Curva-se para cima se θ > 27 ºC e para baixo se θ < 27 ºC. O sistema é, então, submetido a um processo dee) Somente se curva se θ > 27 ºC. aquecimento, de forma que a variação de temperatura é a mesma em todas as hastes.03. Um serralheiro monta, com o mesmo tipo de vergalhão de Podemos afirmar que, ao final do processo de aquecimento, aferro, a armação esquematizada. figura formada pelas hastes estará mais próxima de um: a) quadrado. b) retângulo. c) losango. d) trapézio retângulo. e) trapézio isósceles. 06. O fato de barras de ferro contidas em uma viga de concreto não provocarem rachaduras no concreto explica-se pela A barra transversal que liga os pontos A e B não semelhança que existe entre os valores doexerce forças sobre esses pontos. Se a temperatura da a) calor específico desses materiais.armação for aumentada, a barra transversal b) calor de fusão desses materiais.a) continua não exercendo forças sobre os pontos A e B. c) coeficiente de condutividade térmica desses materiais.b) empurrará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes maior que o d) coeficiente de dilatação linear desses materiais.novo tamanho que deveria assumir. e) coeficiente de atrito desses materiais.c) empurrará os pontos A e B, pois ficará LoαΔt vezes maiorque o novo tamanho que deveria assumird) tracionará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes menor que onovo tamanho que deveria assumir.e) tracionará os pontos A e B, pois ficará LoαΔt vezes menorque o novo tamanho que deveria assumir. 04. Três barras retas de chumbo são interligadas de modo aformarem um triângulo isósceles de base 8cm e altura 10cm.
  4. 4. ficarem emperrados, tornando-se difícil separá-los.Considerando o efeito da dilatação térmica, pode-se afirmar queé possível retirar um copo de dentro do outro se:a) os copos emperrados forem mergulhados em água bemquente.b) no copo interno for despejada água quente e o copo externofor mergulhado em água bem fria.c) os copos emperrados forem mergulhados em água bem fria.d) no copo interno for despejada água fria e o copo externo formergulhado em água bem quente. Elevando a temperatura do sistema:e) não é possível separar os dois copos emperrados a) a base e os lados se dilatam igualmenteconsiderando o efeito de dilatação térmica. b) os ângulos se mantém c) a área se conserva02. A lâmina bimetálica da figura abaixo é feita de cobre (α= d) o ângulo do vértice varia mais que os ângulos da base.1,4.10-5 ºC-1) e de alumínio ((α = 2,4.10-5 ºC-1). Uma das partesnão pode deslizar sobre a outra e o sistema está engastado 05. Um quadrado foi montado com três hastes de alumínio (α Alnuma parede. = 24. 10-6 C-1) e uma haste de aço (αaço = 12. 10-6 C-1), e todas inicialmente à mesma temperatura. Se na temperatura ambiente (27 ºC) ela é horizontal, aafirmativa correta sobre o comportamento da lâmina (α é ocoeficiente de dilatação linear) é:a) Sempre se curva para baixo quando muda a temperatura.b) Sempre se curva para cima quando muda a temperatura.c) Curva-se para baixo se θ > 27 ºC e para cima de θ < 27 ºC.d) Curva-se para cima se θ > 27 ºC e para baixo se θ < 27 ºC. O sistema é, então, submetido a um processo dee) Somente se curva se θ > 27 ºC. aquecimento, de forma que a variação de temperatura é a mesma em todas as hastes.03. Um serralheiro monta, com o mesmo tipo de vergalhão de Podemos afirmar que, ao final do processo de aquecimento, aferro, a armação esquematizada. figura formada pelas hastes estará mais próxima de um: a) quadrado. b) retângulo. c) losango. d) trapézio retângulo. e) trapézio isósceles. 06. O fato de barras de ferro contidas em uma viga de concreto não provocarem rachaduras no concreto explica-se pela A barra transversal que liga os pontos A e B não semelhança que existe entre os valores doexerce forças sobre esses pontos. Se a temperatura da a) calor específico desses materiais.armação for aumentada, a barra transversal b) calor de fusão desses materiais.a) continua não exercendo forças sobre os pontos A e B. c) coeficiente de condutividade térmica desses materiais.b) empurrará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes maior que o d) coeficiente de dilatação linear desses materiais.novo tamanho que deveria assumir. e) coeficiente de atrito desses materiais.c) empurrará os pontos A e B, pois ficará LoαΔt vezes maiorque o novo tamanho que deveria assumird) tracionará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes menor que onovo tamanho que deveria assumir.e) tracionará os pontos A e B, pois ficará LoαΔt vezes menorque o novo tamanho que deveria assumir. 04. Três barras retas de chumbo são interligadas de modo aformarem um triângulo isósceles de base 8cm e altura 10cm.
  5. 5. ficarem emperrados, tornando-se difícil separá-los.Considerando o efeito da dilatação térmica, pode-se afirmar queé possível retirar um copo de dentro do outro se:a) os copos emperrados forem mergulhados em água bemquente.b) no copo interno for despejada água quente e o copo externofor mergulhado em água bem fria.c) os copos emperrados forem mergulhados em água bem fria.d) no copo interno for despejada água fria e o copo externo formergulhado em água bem quente. Elevando a temperatura do sistema:e) não é possível separar os dois copos emperrados a) a base e os lados se dilatam igualmenteconsiderando o efeito de dilatação térmica. b) os ângulos se mantém c) a área se conserva02. A lâmina bimetálica da figura abaixo é feita de cobre (α= d) o ângulo do vértice varia mais que os ângulos da base.1,4.10-5 ºC-1) e de alumínio ((α = 2,4.10-5 ºC-1). Uma das partesnão pode deslizar sobre a outra e o sistema está engastado 05. Um quadrado foi montado com três hastes de alumínio (α Alnuma parede. = 24. 10-6 C-1) e uma haste de aço (αaço = 12. 10-6 C-1), e todas inicialmente à mesma temperatura. Se na temperatura ambiente (27 ºC) ela é horizontal, aafirmativa correta sobre o comportamento da lâmina (α é ocoeficiente de dilatação linear) é:a) Sempre se curva para baixo quando muda a temperatura.b) Sempre se curva para cima quando muda a temperatura.c) Curva-se para baixo se θ > 27 ºC e para cima de θ < 27 ºC.d) Curva-se para cima se θ > 27 ºC e para baixo se θ < 27 ºC. O sistema é, então, submetido a um processo dee) Somente se curva se θ > 27 ºC. aquecimento, de forma que a variação de temperatura é a mesma em todas as hastes.03. Um serralheiro monta, com o mesmo tipo de vergalhão de Podemos afirmar que, ao final do processo de aquecimento, aferro, a armação esquematizada. figura formada pelas hastes estará mais próxima de um: a) quadrado. b) retângulo. c) losango. d) trapézio retângulo. e) trapézio isósceles. 06. O fato de barras de ferro contidas em uma viga de concreto não provocarem rachaduras no concreto explica-se pela A barra transversal que liga os pontos A e B não semelhança que existe entre os valores doexerce forças sobre esses pontos. Se a temperatura da a) calor específico desses materiais.armação for aumentada, a barra transversal b) calor de fusão desses materiais.a) continua não exercendo forças sobre os pontos A e B. c) coeficiente de condutividade térmica desses materiais.b) empurrará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes maior que o d) coeficiente de dilatação linear desses materiais.novo tamanho que deveria assumir. e) coeficiente de atrito desses materiais.c) empurrará os pontos A e B, pois ficará LoαΔt vezes maiorque o novo tamanho que deveria assumird) tracionará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes menor que onovo tamanho que deveria assumir.e) tracionará os pontos A e B, pois ficará LoαΔt vezes menorque o novo tamanho que deveria assumir. 04. Três barras retas de chumbo são interligadas de modo aformarem um triângulo isósceles de base 8cm e altura 10cm.
  6. 6. ficarem emperrados, tornando-se difícil separá-los.Considerando o efeito da dilatação térmica, pode-se afirmar queé possível retirar um copo de dentro do outro se:a) os copos emperrados forem mergulhados em água bemquente.b) no copo interno for despejada água quente e o copo externofor mergulhado em água bem fria.c) os copos emperrados forem mergulhados em água bem fria.d) no copo interno for despejada água fria e o copo externo formergulhado em água bem quente. Elevando a temperatura do sistema:e) não é possível separar os dois copos emperrados a) a base e os lados se dilatam igualmenteconsiderando o efeito de dilatação térmica. b) os ângulos se mantém c) a área se conserva02. A lâmina bimetálica da figura abaixo é feita de cobre (α= d) o ângulo do vértice varia mais que os ângulos da base.1,4.10-5 ºC-1) e de alumínio ((α = 2,4.10-5 ºC-1). Uma das partesnão pode deslizar sobre a outra e o sistema está engastado 05. Um quadrado foi montado com três hastes de alumínio (α Alnuma parede. = 24. 10-6 C-1) e uma haste de aço (αaço = 12. 10-6 C-1), e todas inicialmente à mesma temperatura. Se na temperatura ambiente (27 ºC) ela é horizontal, aafirmativa correta sobre o comportamento da lâmina (α é ocoeficiente de dilatação linear) é:a) Sempre se curva para baixo quando muda a temperatura.b) Sempre se curva para cima quando muda a temperatura.c) Curva-se para baixo se θ > 27 ºC e para cima de θ < 27 ºC.d) Curva-se para cima se θ > 27 ºC e para baixo se θ < 27 ºC. O sistema é, então, submetido a um processo dee) Somente se curva se θ > 27 ºC. aquecimento, de forma que a variação de temperatura é a mesma em todas as hastes.03. Um serralheiro monta, com o mesmo tipo de vergalhão de Podemos afirmar que, ao final do processo de aquecimento, aferro, a armação esquematizada. figura formada pelas hastes estará mais próxima de um: a) quadrado. b) retângulo. c) losango. d) trapézio retângulo. e) trapézio isósceles. 06. O fato de barras de ferro contidas em uma viga de concreto não provocarem rachaduras no concreto explica-se pela A barra transversal que liga os pontos A e B não semelhança que existe entre os valores doexerce forças sobre esses pontos. Se a temperatura da a) calor específico desses materiais.armação for aumentada, a barra transversal b) calor de fusão desses materiais.a) continua não exercendo forças sobre os pontos A e B. c) coeficiente de condutividade térmica desses materiais.b) empurrará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes maior que o d) coeficiente de dilatação linear desses materiais.novo tamanho que deveria assumir. e) coeficiente de atrito desses materiais.c) empurrará os pontos A e B, pois ficará LoαΔt vezes maiorque o novo tamanho que deveria assumird) tracionará os pontos A e B, pois ficará √2 vezes menor que onovo tamanho que deveria assumir.e) tracionará os pontos A e B, pois ficará LoαΔt vezes menorque o novo tamanho que deveria assumir. 04. Três barras retas de chumbo são interligadas de modo aformarem um triângulo isósceles de base 8cm e altura 10cm.

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