FÍSICA

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1ª SÉRIE

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APLICAÇÕES DA DILATAÇÃO TÉRMICA

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AULA 47

OBJETIVOS

• Entenderemos um pouco do funcionamento de um termômetro de mercúrio;
• Iremos relembrar e praticar as dilatações linear, superficial e volumétrica;
• Vamos entender melhor o fenômeno da flambagem e como preveni-lo.

Importante: você está preparado para a Prova Paraná? O conteúdo desta aula aborda os descritores que serão avaliados!!! Fique ligado!

Embora o seja atualmente proibido devido aos riscos à saúde, seu funcionamento é uma consequência da dilatação térmica. Como o mercúrio é um metal em estado líquido, ao receber energia do corpo, suas moléculas se agitam gerando um rápido aumento em seu volume até atingir a mesma

temperatura do corpo

humano.

COMO FUNCIONA UM TERMÔMETRO DE MERCÚRIO?

https://images.pexels.com/photos/3987152/pexels-photo-3987152.jpeg

ATIVIDADE de DILATAÇÃO LINEAR

Em um dia quente, uma barra de alumínio de 30 cm é exposta ao Sol quando sua temperatura era de 20°C. Quando a temperatura da barra atingiu 40°C, ela teve seu comprimento medido novamente. Considerando o coeficiente de dilatação linear do alumínio

α_Al = 22 . 10^-6 °C^-1, qual o novo comprimento obtido?

Dados:

L₀ = 30 cm

T₀ = 20°C

T = 40°C

α = 22 x 10^-6 °C^-1

∆T = 40 – 20 = 20 °C

∆L = Lo · α · ∆T

∆L = 30 · 22 · 10^-6  · 20

∆L = 13200 · 10^-6 cm

∆L = 0,0132 cm

∆L = L - L₀

0,0132 = L – 30

L = 0,0132 + 30

L = 30,0132 cm

ATIVIDADE de DILATAÇÃO SUPERFICIAL

(UNIC–MT adapt) Uma chapa de alumínio tem um furo central de 10 cm de raio, quando a temperatura registrada era 12°C. Qual a área do furo a uma temperatura de 112°C, considerando que π = 3 o coeficiente de dilatação linear do alumínio é de aproximadamente α_Al = 20.10^-6 °C^-1?

Parte I

RESOLUÇÃO de DILATAÇÃO SUPERFICIAL

Dados:

R = 10 cm

T₀ = 12°C

T = 112°C

α = 20 x 10^-6 °C^-1

∆T = 112 – 12 = 100 °C

∆A = Ao · β · ∆T

∆A = 300 · 40 · 10^-6  · 20

∆A = 240000 · 10^-6

∆A = 0,24 cm²

∆A = A - A₀

0,24 = A – 300

A = 0,24 + 300

A = 300,24 cm²

Área do buraco:

A₀ = π · R²

A₀ = 3 · 10²

A₀ = 3 · 100

A₀ = 300 cm²

β = 2 · α

β = 2 · 20 x 10^-6 

β = 40 x 10^-6  °C^-1

R = 10 cm

Parte II

ATIVIDADE de DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA

Uma caixa metálica em forma de paralelepípedo tem dimensões de 5 cm de largura, 10 cm de comprimento e 12 cm de altura a 15°C. Sendo o coeficiente de dilatação linear do metal da caixa 16 . 10^-6 °C^-1, qual será seu volume a 80°C?

Parte I

Dados:

T₀ = 15°C

T = 80°C

α = 16 x 10^-6 °C^-1

5 cm

10 cm

12 cm

γ = 3 ∙ α

γ = 3 ∙ 16 x 10^-6 °C^-1

γ = 48 x 10^-6 °C^-1

V = Larg · Comp· Alt

V = 5 · 10 · 12

∆V = 600 cm³

∆T = 80 – 15

∆T = 65°C

∆V = vo · γ · ∆T

∆V = 600 · 48 x 10^-6 °C^-1 · 65

∆V = 1.872.000 x 10^-6 m

∆V = 1,872 x 10^-6 m

ATIVIDADE

Descreva a(s) causa(s) que podem ter contribuído para a garrafa da figura I ficar amassada e a da figura II estourar.

http://www.sbfisica.org.br/~obfep/wp-content/uploads/2019/02/N%C3%ADvel-B-111_20018OK-f.pdf

https://d1ymz67w5raq8g.cloudfront.net/Pictures/1024x536/8/5/8/510858_brokenbottlewithice_shutterstock_1823682740_512198.jpg

Figura I

Figura II

É visível que a garrafa está bem vedada e não foi completamente cheia, contendo água e ar. Mesmo com a dilatação anômala da água, a redução de volume do ar, que contrai mais que líquidos e sólidos, já pode deformar a garrafa.

Neste caso é possível supor que a garrafa estava quase ou completamente cheia de líquido. Enquanto o vidro contraia, o líquido começou a dilatar, rompendo a garrafa.

FLAMBAGEM DE TRILHOS

Lembra da flambagem de trilhos vista na aula passada?

Será que existe algum sistema preventivo para que isso não aconteça? Seu custo é barato?

http://transportes.ime.eb.br/etfc/monografias/MON106.pdf

Existe sim! Um dos métodos é utilizar juntas de dilatação. As mais simples consistem em deixar um espaço entre os trilhos. Mas esse espaço deve ser calculado porque ele causa trepidações nos trens e locais diferentes têm amplitudes térmicas diferentes.

Você é um engenheiro civil e está supervisionando a construção de uma linha férrea em que cada barra de ferro utilizada tem 25 m de comprimento. De acordo com seus dados coletados, a temperatura da região varia de 10°C no inverno para até 40°C no verão. O coeficiente de dilatação linear do ferro é de aproximadamente 1,0 . 10^-5 °C . Para que não ocorra a flambagem, as juntas que permitem a dilatação dos trilhos devem ter, no mínimo, qual distância?

Parte I

ATIVIDADE - MÃO NA MASSA

RESOLUÇÃO

Você é um engenheiro civil e está supervisionando a construção de uma linha férrea em que cada barra de ferro utilizada tem 25 m de comprimento. De acordo com seus dados coletados, a temperatura da região varia de 10°C no inverno para até 40°C no verão. O coeficiente de dilatação linear do ferro é de aproximadamente 1,0 . 10^-5 °C . Para que não ocorra a flambagem, as juntas que permitem a dilatação dos trilhos devem ter, no mínimo, qual distância?

Dados:

L₀ = 25 m

T₀ = 10°C

T = 40°C

α = 1 x 10^-5 °C^-1

∆T = 40 – 10 = 30 °C

∆L = Lo · α · ∆T

∆L = 25 · 1 · 10^-5  · 30

∆L = 750 · 10^-5 m

∆L = 0, 00750 m

Parte II

Logo, a distância mínima entre os trilhos será o mesmo que 7,5 mm.

ATIVIDADE

Assinale a alternativa que resume a teoria da dilatação térmica.

a) A água ao ser aquecida sempre se dilata.

b) Um corpo ao ser resfriado se contrai, mas a água, entre 0°C e 4°C, mantém as mesmas dimensões.

c) Um corpo ao ser aquecido se contrai, mas a água, entre 0°C e 4°C, comporta-se de uma forma anômala.

d) Um corpo ao ser aquecido se dilata, ao ser resfriado se contrai, mas a água, entre 0°C e 4°C, comporta-se de uma forma anômala.

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D70 - Interpretar situações cotidianas que envolvam fenômenos de dilatação e contração térmica de materiais.

O QUE VIMOS HOJE?

• Vimos que o termômetro de mercúrio precisa receber energia do corpo para seu conteúdo dilatar e marcar a temperatura;
• Revisamos exercícios de dilatação linear, superficial e volumétrica;
• Na dilatação superficial lembramos na atividade que β = 2 · α;
• Na dilatação volumétrica lembramos que γ = 3 ∙ α e como se calcula o volume de um paralelepípedo;
• Para resolver a flambagem dos trilhos de um trem, a solução mais barata é criar uma junta de dilatação.

Professor, caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse:

https://forms.gle/ZuC8G4UPYMEdztJy5

GODOY, L. P. Agnolo, R. M. MELO, W. C. Multiversos : Ciências da Natureza: ciência, sociedade e ambiente. 1ª ed. São Paulo: FTD, 2020.

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PIETROCOLA, M. POGIBIN, A. ANDRADE, R. ROMERO, T. Física em Contextos. Vol 2. São Paulo: Ed do Brasil, 2016.

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BONJORNO e vários autores. Física: Termologia . Óptica . Ondulatória 2º ano. Vol 2. 3ª ed. São Paulo: FTD, 2016.

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BARRETO F, Benigno. SILVA, Claudio. Física aula por aula: Termologia. Óptica. Ondulatória, 2º ano. Vol 2. 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.

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MARTINI, Glorinha. SPINELLI, Walter. REIS, Hugo C. SANT’ANNA, Blaidi. Conexões com a Física. Vol 2. 3ª Edição. São Paulo: Moderna, 2016.

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FUKE, L.F. YAMAMOTO, K. Física Para o Ensino Médio 2 - Termologia, Óptica, Ondulatória. 4ª ed. São Paulo: Saraiva, 2016.

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REFERÊNCIAS