DILATAÇÃO com ATIVIDADE

Prévia do material em texto

@profdaniguimas 
DILATAÇÃO – FÍSICA 
PROCESSO DE DILATAÇÃO DE UM CORPO QUE SOFRE AUMENTO DE TEMPERATURA 
A dilatação térmica acontece quando um determinado corpo sofre um 
aumento na sua temperatura, resultando no aumento do seu volume. Isso 
acontece porque no momento em que a temperatura é aumentada, as 
moléculas presentes nesse corpo, se agitam e geram o aumento da distância 
entre elas. 
O processo de dilatação térmica pode acontecer quando um corpo está em 
estado gasoso, líquido ou sólido. Esse fenômeno é mais intenso nos gases, em 
seguida nos líquidos e, de forma mais simples, nos sólidos. 
Os ferros dos trilhos de trem amassados são ótimos exemplos de como funciona 
o processo de dilatação térmica, essa estrutura sofre deformação por causa do 
aumento da temperatura que ocorre quando os trens passam. 
COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA 
O coeficiente de dilatação diz respeito à capacidade que os materiais têm de 
mudar suas dimensões, em relação a uma determinada variação de 
temperatura. 
O coeficiente de dilatação é geralmente constante para certos intervalos de 
temperaturas, no entanto, seu módulo pode variar, é por isso que alguns 
materiais são capazes de expandir-se ou até mesmo de contrair-se quando 
sujeitos a grandes mudanças de temperatura. 
A unidade de medida do coeficiente de dilatação é o ºC-1 ou K-1, 
independentemente do tipo de dilatação. Essa unidade é assim porque esse 
coeficiente mede a variação em relação às dimensões iniciais do objeto para 
cada grau celsius de variação térmica. 
A dilatação de objetos sólidos ocorre em razão 
do aumento da agitação térmica das moléculas. 
 
PROCESSO DE DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS 
Existem basicamente três classificações para a dilatação térmica e o efeito 
macroscópico da vibração atômica pode ser percebido graças à alteração 
das diferentes dimensões de um corpo, por meio 
das dilatações linear, superficial e volumétrica do sólido. 
• Dilatação térmica linear: ocorre nos corpos de formato alongado, como fios, 
cabos, barras de metal etc. 
• Dilatação térmica superfícial: predomina em objetos que têm formato 
superfícial, como azulejos, placas metálicas etc. 
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/coeficientes-dilatacao-superficial-volumetrica.htm
Highlight
@profdaniguimas 
• Dilatação térmica volumétrica: é muito comum em líquidos e gases, 
entretanto pode ocorrer em sólidos que apresentem dimensões de tamanhos 
similares. 
 
Os coeficientes de dilatação superficial (β) e volumétrica (γ) guardam uma 
relação de proporcionalidade com o coeficiente de dilatação linear, denotado 
pela letra α, para corpos sólidos e homogêneos, ou seja, aqueles que são 
compostos por uma única substância. Para esses corpos, o coeficiente de 
dilatação volumétrica equivale a 3α, enquanto o coeficiente de dilatação 
superficial, por sua vez, corresponde a 2α, como é mostrado na figura: 
 
 
• DILATAÇÃO LINEAR DOS SÓLIDOS 
Dilatação linear ocorre principalmente para fios, tiras, cabos, barras, espetos e 
trilhos de trem. Esse tipo de dilatação afeta diretamente o comprimento desses 
objetos, de acordo com a seguinte equação: 
 
ΔL - variação do comprimento (m) 
L0 - comprimento inicial (m) 
ΔT - variação de temperatura (K ou ºC) 
 
• DILATAÇÃO SUPERFICIAL DOS SÓLIDOS 
Dilatação superficial ocorre nos corpos que têm formato de áreas, como em 
telhas ou placas de cimento, por exemplo. Quando os corpos de simetria 
superficial são sujeitos à variação de temperatura, sua área de superfície pode 
variar segundo esta equação: 
 
ΔS - variação da área (m²) 
S0 - área inicial (m²) 
 
Coeficiente de dilatação
@profdaniguimas 
• DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA DOS SÓLIDOS 
Em objetos sólidos que apresentam dimensões comparáveis, a dilatação 
térmica mais observada é a dilatação volumétrica. A fórmula usada a seguir 
permite-nos calcular a variação volumétrica que um sólido desse tipo sofre em 
relação a uma variação de temperatura: 
 
ΔV - variação de volume (m³) 
V0 - volume inicial (m³) 
 
EXERCÍCIO 
1) O coeficiente de dilatação linear do aço é 1,1 x 10-5 ºC-1. Os trilhos de uma via 
férrea têm 12m cada um na temperatura de 0ºC. Sabendo-se que a 
temperatura máxima na região onde se encontra a estrada é 40ºC, o 
espaçamento mínimo entre dois trilhos consecutivos deve 
ser, aproximadamente, de: 
a) 0,40 cm 
b) 0,44 cm 
c) 0,46 cm 
d) 0,48 cm 
e) 0,53 cm 
 
 
 
2) Com base em seus conhecimentos sobre o fenômeno da dilatação 
superficial, assinale a alternativa correta. 
a) Na dilatação superficial, há um aumento no volume dos corpos. 
b) Na dilatação superficial, há um aumento na área dos corpos. 
c) Na dilatação superficial, há um aumento no comprimento dos corpos. 
d) Na dilatação superficial, há um aumento na densidade dos corpos. 
 
3) Um recipiente para líquidos com capacidade para 120 litros, é 
completamente cheio a uma temperatura de 10°C. Esse recipiente é levado 
para um local onde a temperatura é de 40°C. Sendo o coeficiente de dilatação 
volumétrica do líquido igual a 1,2 x 10-3 (°C)-1, e considerando desprezível a 
variação de volume do recipiente, a quantidade de líquido derramado em litros 
é: 
 
 
 
@profdaniguimas 
 
 
4) Determine qual é a dilatação térmica superficial sofrida por uma chapa de 1 
m² cujo coeficiente de dilatação linear é de 1,5.10-5 ºC-1, quando submetida a 
uma variação de temperatura de 500 ºC. 
a) 1,015 m² 
b) 0,250 m² 
c) 0,050 m² 
d) 0,015 m² 
 
 
 
 
5) O piso de concreto de um corredor de ônibus é constituído de secções de 20 
m separadas por juntas de dilatação. Sabe-se que o coeficiente de dilatação 
linear do concreto é 12.10-6 ºC-1 e que a variação de temperatura no local pode 
chegar a 50 °C entre o inverno e o verão. Nessas condições, a variação máxima 
de comprimento, em metros, de uma dessas secções, devido à dilatação 
térmica, é: 
a) 1,0.10-2 
b) 1,2.10-2 
c) 2,4.10-4 
d) 4,8.10-4 
e) 6,0.10-4 
 
 
 
6) Determine o módulo do coeficiente de dilatação linear de uma viga metálica 
homogênea de 5,0 m de comprimento que, quando aquecida a 50 ºC, 
apresenta uma dilatação linear de 5.10-3 m. 
a) 4.10-5 ºC-1 
b) 2.10-5 ºC-1 
c) 3.10-5 ºC-1 
d) 1.10-5 ºC-1 
e) 0,5.10-5 ºC-1 
 
 
 
 
 
7) Determinado material tem o coeficiente de dilatação linear de 1,5.10-5 ºC-1, 
o coeficiente de dilatação superficial desse mesmo material é de: 
a) 0,50.10-5 ºC-1 
b) 0,75.10-5 ºC-1 
c) 3,0.10-5 ºC-1 
d) 4,50.10-5 ºC-1 
@profdaniguimas 
e) 0,40.10-5 ºC-1 
 
 
 
 
8) Uma placa de 0,4 m² e coeficiente de dilatação superficial igual a 2,0.10-5 
ºC-1 é aquecida de 20º C até 200º C. Determine o aumento percentual da área 
dessa placa. 
a) 1,015 m² 
b) 0,250 m² 
c) 0,050 m² 
d) 0,00144 m² 
e) 0,0015 m² 
 
 
 
 
 
9) Dois copos de vidro iguais, em equilíbrio térmico com a temperatura 
ambiente, foram guardados, um dentro do outro, conforme mostra a figura. 
Uma pessoa, ao tentar desencaixá-los, não obteve sucesso. Para separá-los, 
resolveu colocar em prática seus conhecimentos da física térmica. 
 
De acordo com a física térmica, o único procedimento capaz de separá-los é: 
a) Mergulhar o copo em água em equilíbrio térmico com cubos de gelo e 
encher o copo com água a temperatura ambiente. 
b) Colocar água quente (superior à temperatura ambiente) no copo. 
c) Mergulhar o copo em água gelada (inferior à temperatura ambiente) e 
deixar o copo sem líquido. 
d) Encher o copo com água quente (superior à temperatura ambiente) e 
mergulhar o copo em água gelada (inferior à temperatura ambiente). 
e) Encher o copo com água gelada (inferior à temperatura ambiente) e 
mergulhar o copo em água quente (superior à temperatura ambiente). 
dilatação
@profdaniguimas 
10) Quem viaja de carro ou de ônibus pode ver, ao longo das estradas, torres 
de transmissão de energia tais como as da figura. 
 
Olhando mais atentamente, é possível notar que os cabossão colocados 
arqueados ou, como se diz popularmente, “fazendo barriga”. 
A razão dessa disposição é que 
a) a densidade dos cabos tende a diminuir com o passar dos anos. 
b) a condução da eletricidade em alta tensão é facilitada desse modo. 
c) o metal usado na fabricação dos cabos é impossível de ser esticado. 
d) os cabos, em dias mais frios, podem encolher sem derrubar as torres. 
e) os ventos fortes não são capazes de fazer os cabos, assim dispostos, 
balançarem. 
 
11) O piso de concreto de um corredor de ônibus é constituído de secções de 
20 m separadas por juntas de dilatação. Sabe-se que o coeficiente de 
dilatação linear do concreto é 12.10-6 ºC-1 e que a variação de temperatura no 
local pode chegar a 50 °C entre o inverno e o verão. Nessas condições, a 
variação máxima de comprimento, em metros, de uma dessas secções, devido 
à dilatação térmica, é: 
a) 1,0.10-2 
b) 1,2.10-2 
c) 2,4.10-4 
d) 4,8.10-4 
e) 6,0.10-4 
 
 
 
@profdaniguimas 
12) Uma longa ponte foi construída e instalada com blocos de concreto de 5 m 
de comprimento a uma temperatura de 20°C em uma região na qual a 
temperatura varia ao longo do ano entre 10°C e 40°C. O concreto desses blocos 
tem coeficiente de dilatação linear de 10-5°C-1. Nessas condições, qual distância 
em cm deve ser resguardada entre os blocos na instalação para que, no dia 
mais quente do verão, a separação entre eles seja de 1 cm? 
a) 1,01 
b) 1,10 
c) 1,20 
d) 2,00 
e) 2,02