relatorio 1 fisica

Prévia do material em texto

1. INTRODUÇÃO TEÓRICA 
Um corpo sólido, submetido a ação do calor, apresenta alterações em suas 
dimensões a medida que sua temperatura varia. A dilatação segundo uma 
dimensão é denominada dilatação linear. Aplica-se apenas para os corpos em 
estado sólido, e consiste na variação considerável de apenas uma dimensão. 
Como em barras, cabos e fios. Um bom exemplo é o espaço deixado entre os 
trilhos de uma linha férrea. Caso este espaço não existisse, os trilhos iriam se 
deformar, pois apesar da dilação ser muito pequena, quando comparada ao 
comprimento do trilho, as forças envolvidas são de magnitude muito grande. 
Ao considerarmos uma barra homogênea, por exemplo, de comprimento a 
uma temperatura inicial . Quando esta temperatura é aumentada até uma (>
), observa-se que esta barra passa a ter um comprimento (> ). 
 
Figura 1. Dilatação linear. Fonte: http://www.sofisica.com.br/ 
Com isso é possível concluir que a dilatação linear ocorre de maneira 
proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial . Ao serem 
analisadas barras de dimensões iguais, mas feitas de um material diferente, sua 
variação de comprimento seria diferente, isto porque a dilatação também leva 
em consideração as propriedades do material com que o objeto é feito, este é a 
constante de proporcionalidade da expressão, chamada de coeficiente de 
dilatação linear (α). Observando essas relações, obtemos uma relação 
matemática para calcular a dilatação, que é chamada de Lei da dilatação linear: 
 
 O valor do coeficiente de dilatação linear depende da natureza do material 
da haste. Na tabela apresentamos os valores do coeficiente de dilatação linear 
para alguns materiais. Sua unidade de medida é o grau Celsius recíproco (ºC-1). 
Substância 
 
Chumbo 
 
Zinco 
 
Alumínio 
 
Prata 
 
Cobre 
 
Ouro 
 
Ferro 
 
Platina 
 
Vidro (comum) 
 
Tungstênio 
 
Vidro (pyrex) 
 
Tabela 1. Coeficientes de dilatação linear. Fonte: http://www.sofisica.com.br/ 
Analisando a tabela, verificamos que a dilatação linear do sólido é realmente 
muito pequena, quando comparada as suas dimensões. A equação mostra, por 
exemplo, que a dilatação de uma haste de cobre de 1,0m de comprimento que 
sofre uma variação de temperatura de 1000C é de apenas 1,4 mm. 
Podemos expressar a dilatação linear de um corpo através de um gráfico de 
seu comprimento (L) em função da temperatura (θ), desta forma: 
 
Figura 2. Gráfico da dilatação térmica linear que demonstra a variação de 
comprimento em função da variação de temperatura. Fonte: 
http://www.sofisica.com.br/ 
 
A reta que representa a dilatação linear não pode passar pelo ponto zero, 
uma vez que o comprimento inicial não pode ser nulo. Considerando um ângulo 
φ como a inclinação da reta em relação ao eixo horizontal. Podemos relacioná-
lo com a lei da dilatação linear: 
 
Pois: 
 
 
As consequências das variações de temperatura são sentidas principalmente 
por grandes obras da construção civil. Por isso, sempre que uma ponte, viaduto 
ou prédio forem construídos, a dilatação dos corpos deverá ser considerada. 
Para que a dilatação não cause destruição, os engenheiros utilizam as juntas de 
dilatação, que constituem um pequeno espaço entre blocos de concreto ou ferro 
que é preenchido no caso de aumento de temperatura, o que impede danos às 
construções. 
 
2. OBJETIVO 
Observar o processo de dilatação linear e calcular os coeficientes indicando 
o material de cada uma das barras. 
 
3. MATERIAL UTILIZADO 
• Manta 
• Dilatômetro com hastes metálicas 
• Termômetro 
• Rolha com mangueira 
• Balão de 300ml 
• Presilha para fixar o balão 
• Suporte para balão 
• Liga de borracha 
• Lamparina 
 
4. MONTAGEM 
1. Coloque o nanômetro sobre o suporte II. 
2. Coloque a haste sobre o eixo do ponteiro, suporte II, fixando-a com cuidado 
ao suporte I. 
3. Coloque a mangueira na extremidade da haste no suporte I. 
4. Fixe o balão, coloque nele um pouco de água e conecte a mangueira à haste, 
como mostra a figura. 
5. Introduza o termômetro na mangueira próxima ao suporte II. 
6. Ajuste o nanômetro de modo a indicar zero. 
 
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
1. Determine o comprimento inicial da haste, desde o eixo do apoio II até o 
centro do fixador I. 
L0 = 580 mm 
 
2. Leia no termômetro a temperatura inicial da barra. 
 T0 = 31 ºC 
 
3. Ligue a manta e aguarde a água ferver. Quando a água ferver, os vapores 
que circulam no interior da haste fazem com que ela se dilate. Durante a 
dilatação da haste observa-se que: 
a) O termômetro acusa temperatura ascendente. 
b) O ponteiro gira, o que indica que a haste aumenta seu comprimento. 
 
4. Aguarde até que a temperatura e a dilatação se estabilizem e determine a 
temperatura final da haste: 
TF = 97,5 ºC 
5. Leia no nanômetro a dilatação sofrida pelas barras: 
∆L1 = 0,42 mm ∆L2 = 0,58 mm ∆L3 = 0,75 mm 
 
6. RESULTADOS E ANÁLISES 
A partir dos dados experimentais determinou-se o coeficiente de dilatação 
linear das hastes através dos seguintes cálculos: 
Haste 1: 
0,42 = 580 . α1 . 66,5 
α1 = 1,09 . 10-5 
Haste 2: 
0,58 = 580 . α2 . 66,5 
Α2 = 1,50 . 10-5 
Haste 3: 
0,75 = 580 . α3 . 66,5 
Α3 = 1,95 . 10-5 
Comparando os valores encontrados nas 3 hastes com os valores da tabela 
dos coeficientes lineares, pode-se concluir que os materiais das hastes são: 
Haste 1: Aço Haste 2: Cobre Haste 3: Latão 
 
A dilatação linear resulta do aumento de volume em apenas uma dimensão, 
em comprimento. É o que acontece com as hastes estudadas, em que o seu 
comprimento é mais relevante do que a sua espessura e o seu volume, diríamos 
até irrelevante, em termos comparativos. 
Os sistemas de trilhos de trens mantêm entre cada lance um pequeno espaço 
vazio. Isso se deve ao conhecimento que temos de que, quando aquecido, o 
ferro irá aumentar seu comprimento e, não havendo para onde se expandir, 
poderá causar danos à via férrea. 
 
Figura 3. Espaço entre trilhos de trem. Fonte: Experimentun 
Diferentes materiais têm diferentes forças de ligação e, portanto, diferentes 
coeficientes de dilatação, isso explica a diferença existente entre os resultados 
obtidos. 
 
6. CONCLUSÃO 
Os experimentos propóstos permitiram identificar e analisar os diferentes 
coeficientes de dilatação térmica. Os dados obtidos no experimento aproximam-
se dos materiais na tabela, sendo possível identificar o material de cada haste. 
A pequena discrepância dos valores teórico e experimental ocorreram devido à 
imprecisão dos aparelhos utilizados e à altitude a qual o experimento foi feito. 
Foi possível demonstrar de forma prática as propriedades dos três diferentes 
materiais e suas diferentes forças de ligação. 
Pôde-se concluir que devido às diferentes formas de se dilatar, o profissional 
deve alertar-se aos cálculos, à temperatura e ao material a ser utilizado em cada 
aplicação. 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
CARVALHO, Thomas. Dilatação Linear. Disponível em: 
<https://www.infoescola.com/fisica/dilatacao-linear/>. Acesso em: 09 mar. 2018. 
DESCONHECIDO, Autor. Dilatação Linear. Disponível em: 
<http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Dilatacao/linear.php>. 
Acesso em: 09 mar. 2018. 
TEIXEIRA, Mariane Mendes. Dilatação linear. Disponível em: 
<http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/dilatacao-linear.htm>. Acesso em: 
09 mar. 2018.