Relatório 07 - Dilatação Térmica (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
 
FÍSICA PARA ENGENHARIA 
 
 
PRÁTICA 07 – DILATAÇÃO TÉRMICA 
 
 
 
 
Aluno: João Pedro Tavares de Oliveira 
Matrícula: 514629 
Turma: 37 
Professor: Antônio Neutonário 
Data de realização: 08/11/21 - 10:00 às 12:00 
OBJETIVOS 
- Estudar a dilatação térmica em função da temperatura. 
- Determinar o coeficiente de dilatação linear de sólidos. 
- Verificar o comportamento de uma lâmina bimetálica. 
MATERIAL VIRTUAL 
Filme sobre o comportamento de uma lâmina bimetálica ao ser aquecida: 
https://www.youtube.com/watch?v=5FeNbSG9sDE 
Animação para exercitar a leitura de um relógio comparador: 
https://www.stefanelli.eng.br/relogio-comparador-virtual-simulador-milimetro/ 
Link para a simulação para a realização dessa prática: 
https://www.laboratoriovirtual.fisica.ufc.br/dilatacao-termica 
INTRODUÇÃO 
Esse relatório se trata de uma aula prática, na disciplina de Física Experimental, cujo 
assunto é o estudo acerca do processo de dilatação térmica, abordando esse fenômeno, suas 
aplicabilidades e sua importância no dia a dia. 
No cotidiano, é comum visualizarmos vários tipos de objetos sofrendo alterações de 
temperatura, seja por estar próximo ou até mesmo em contato de um outro objeto que possui 
uma temperatura diferente, essa troca de calor entre os objetos pode ocorrer de três maneiras 
diferentes, seja por condução, convecção ou até mesmo por irradiação. Dessa forma, ao trocar 
calor com outro objeto e elevar a sua temperatura, o objeto inicial acaba por sofrer uma 
dilatação, fazendo com que seus átomos sofram uma expansão. Isso ocorre devido ao fato de 
que ao sofrer uma elevação de temperatura, os átomos do objeto acabam se agitando, 
aumentando as distâncias entre si e, consequentemente, expandindo o volume inicial do objeto 
(AZEVEDO, 2020). 
De acordo com Azevedo (2020), esse processo pode ocorrer em qualquer um dos três 
estados da matéria, seja no estado sólido, no estado líquido ou até mesmo no estado gasoso. 
Contudo, esse processo ocorre com mais intensidade nos gases, em seguida nos líquidos, e 
ocorre de maneira mais simples nos sólidos. Isso ocorre devido a predisposição dos átomos em 
cada estado da matéria, tendo em vista que os átomos em um gás de um certo elemento, por 
exemplo, já possuem uma distância maior entre si do que comparado aos átomos do mesmo 
elemento em estado sólido. 
Dessa forma, a dilatação pode ocorrer em qualquer estado da matéria e até mesmo em 
diversos elementos diferentes, visto que cada corpo sofre com o aumento de temperatura de 
uma forma diferente. Um exemplo de dilatação térmica é quando esquentamos uma garrafa 
cheia de água, que foi tampada muito firmemente e, após aquecida, pode acabar quebrando 
devido a expansão das moléculas. (FREEDMAN E YOUNG, 2008). 
PROCEDIMENTO 
A seguir, será evidenciado, de forma esquematizada, o resultado dos dados 
experimentais, que foi realizado por meio da simulação obtida através dos materiais desse 
relatório. 
 
Tabela 01 - Resultados “experimentais” para o tubo de VIDRO. 
T (ºC) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,13 0,26 0,39 0,52 0,65 
ΔT (ºC) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
Fonte: Realizado pelo autor. 
 
Tabela 02 - Resultados “experimentais” para o tubo de AÇO. 
T (ºC) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,18 0,36 0,54 0,72 0,90 
ΔT (ºC) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
Fonte: Realizado pelo autor. 
 
Tabela 03 - Resultados “experimentais” para o tubo de ALUMÍNIO. 
T (ºC) 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0 
ΔL (mm) 0,00 0,36 0,72 1,08 1,44 1,80 
ΔT (ºC) 0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 
Fonte: Realizado pelo autor. 
Após a determinação dos resultados obtidos experimentalmente, como foi mostrado 
anteriormente, será explicado o que ocorre no vídeo que mostra o uso de uma lâmina bimetálica. 
Resposta: No vídeo mostrado, é possível identificar uma lâmina constituída de dois metais 
diferentes e que, consequentemente, possuem coeficientes de dilatação térmica distintos. Dessa 
forma, o metal que está abaixo possui um coeficiente de dilatação maior, pelo fato da lâmina se 
curvar para cima, como é mostrado no vídeo. Após isso, a lâmina se curva o suficiente para que 
possa permitir a passagem de corrente elétrica entre a bateria e o sistema de ventilação. 
QUESTIONÁRIO 
01ª: Trace em um mesmo gráfico a dilatação térmica (ΔL) em função da variação da 
temperatura (ΔT) para os resultados encontrados para o Aço e para o Alumínio. 
Resposta: 
Gráfico 01 - Representação da dilatação térmica em função da variação da temperatura. 
Fonte: Realizado pelo autor. 
 
02ª: O que representa o coeficiente angular do gráfico da questão anterior? Justifique. 
Resposta: O coeficiente angular é a medida que caracteriza a declividade de uma reta em 
relação do eixo das abscissas de um plano cartesiano. Representando, assim, uma taxa de 
variação e, no caso do gráfico representado acima, ele significa a taxa de variação do coeficiente 
de dilatação. Além disso, ao calcular o valor do coeficiente de angulação, pode-se determinar 
que o gráfico se trata de uma função afim crescente. 
 
03ª: Calcule (mostrar os cálculos) o coeficiente de dilatação linear do Aço e do Alumínio 
estudado nesta prática e compare com os valores respectivos da literatura (citar a fonte). Indique 
o erro percentual em cada caso. Calcule também o coeficiente de dilatação do Vidro. 
Respostas: 
l) Coeficiente de dilatação do AÇO: 
 
ll) Coeficiente de dilatação do ALUMÍNIO: 
 
lll) Coeficiente de dilatação do VIDRO: 
 
lV) Erro Percentual: 
A seguir, serão calculados os valores dos erros percentuais, tanto para o coeficiente de dilatação 
do aço quanto para o coeficiente de dilatação do alumínio, respectivamente. Tomando como 
base o valor teórico, que foi encontrado em: https://www.fisica.net/constantes/coeficiente-de-
dilatacao-linear-(alfa).php. 
 
 
 
 
 
04ª: Na figura abaixo vemos uma junta de dilatação em uma ponte. Justifique a necessidade de 
juntas de dilatação em pontes e outras estruturas em função dos resultados da prática realizada. 
 
Disponível em: https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/juntas-de-dilatacao-ajudam-a-evitar-fadiga-estrutural-
de-pontes-e-viadutos_14462_10_0. Acesso em 09 jan. 2019. 
Resposta: As juntas de dilatação são mecanismos utilizados em algumas construções, como 
pontes e trilhos, por exemplo. Tendo em vista que essas construções estão suscetíveis a 
https://www.fisica.net/constantes/coeficiente-de-dilatacao-linear-(alfa).php
https://www.fisica.net/constantes/coeficiente-de-dilatacao-linear-(alfa).php
dilatações no dia a dia, as juntas acabam se tornando elementos essenciais na construção dessas 
obras, pois, em dias mais quentes, o trilho ou a estrutura da ponte terá mais espaço para se 
dilatar, não causando danos a estrutura da construção em questão. Portando, as juntas são de 
extrema importância, visto que impedem a formação de fraturas e rupturas na estrutura, que 
podem acarretar futuros acidentes. 
 
05ª: Uma lâmina bimetálica consiste de duas tiras metálicas rebitadas. Considere que a tira 
superior é de aço e a tira inferior é de alumínio. O que aconteceria com a lâmina bimetálica em 
um dia muito frio? Justifique. 
Resposta: Entre esses dois materiais em questão, o alumínio possui o maior coeficiente de 
dilatação. Então, ao decorrer do resfriamento, o alumínio irá contrair mais, fazendo com que a 
lâmina se curve para o lado do alumínio, ou seja, o aço ficará sobre o alumínio. 
 
06ª: Explique o que ocorre ao período de um relógio de pêndulo com o aumento da temperatura. 
Com o aumento da temperatura, o relógio de pêndulo passa a adiantar, atrasar ou permanece 
marcando as horas corretamente? 
Resposta: Com o aumento da temperatura o comprimento do pêndulo também aumenta, como 
efeito da dilatação térmica. Consequentemente, ocorre o aumento do período de oscilação, logoo relógio passa a atrasar. 
 
07ª: Uma pequena esfera de alumínio pode atravessar um anel de aço. Entretanto, aquecendo a 
esfera, ela não conseguirá mais atravessar o anel. (a) O que aconteceria se aquecêssemos o anel 
e não a esfera? (b) O que aconteceria se aquecêssemos igualmente o anel e a esfera? 
Resposta: 
a) Ao aquecer o anel ele dilataria e assim a esfera passaria por ele com facilidade, tendo em 
consideração que o coeficiente de dilatação do alumínio é maior que o do aço. 
b) A esfera iria dilatar mais que o anel. Então, ela não seria mais capaz de atravessar o anel. 
 
 
CONCLUSÃO 
Diante do que foi exposto, pode-se se mostrar à conclusão do relatório da disciplina de 
Física Experimental, cujo tema se baseou na utilização de simulações para melhor entender e 
compreender o estudo da dilatação térmica e como essa temática é presente no cotidiano, 
possuindo grande importância para a construção civil, por exemplo. 
Além disso, se baseando nos dados experimentais e nas análises representativas 
apresentados nesse relatório, pode-se concluir que o conceito de dilatação térmica dos corpos 
está intimamente conectado ao dia a dia, como nas grandes construções. E, por isso, os estudos 
desse tema foram de extrema necessidade para a concepção e formulação dos conhecimentos 
que hoje são essenciais para a realização dessas obras. 
 
REFERÊNCIAS 
AZEVEDO, Amanda Maria. DILATAÇÃO TÉRMICA: Processo de dilatação de um corpo 
que sofre aumento de temperatura. Brasil: Educa Mais Brasil, 17 jul. 2020. Disponível em: 
https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/dilatacao-termica. Acesso em: 17 nov. 2021. 
ALVES, Natália. Dilatação térmica – O que é? Sólidos, Líquidos e Gases, Todas as 
Fórmulas!. Brasil: Gestão Educacional, 23 out. 2019. Disponível em: 
https://www.gestaoeducacional.com.br/dilatacao-termica-o-que-e/. Acesso em: 17 nov. 2021. 
TEMPERATURA E CALOR: Expansão Térmica. In: YOUNG, Hugh; FREEDMAN, Roger. 
Física de Sears & Zemansky: Volume 2: Termodinâmica e Ondas. 12. ed. Pensilvânia: 
Pearson, 2008. v. 1, cap. 17, p. 183-186.