RELATÓRIO DE FÍSICA

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IDENTIFICAÇÃO 
 
 
 Faculdade Estácio Belem 
 Engenharia Civil 
 Fisica Teórica Experimental 
 Ruy Guilherme Castro De Almeida 
 Vitor Ferreira Pantoja 
 ARA0047 ou Turma 1001 
 202002357053 
 12/06/2021 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Objetivo 
Este experimento trata do fenômeno da dilatação linear de corpos cilíndricos. Inicialmente, 
você ira observar o aumento do comprimento de tubo metálico em função de um aumento de 
sua temperatura. Em seguida, você determinara o coeficiente de dilatação linear de um 
material metálico. Como parte das atividades você terá que fazer a montagem e ajustes dos 
equipamentos e instrumentos necessários para a realização do experimento. 
Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de: 
 Descrever os fenômenos causados pelo aquecimento de um corpo de material 
metálico; 
 Estabelecer o significado físico do coeficiente de dilatação linear; 
 
 Determinar o coeficiente de dilatação linear de um material metálico utilizando o 
dilatômetro linear; 
 
 Aplicar os conceitos de dilatação dos corpos a problemas envolvendo aquecimento e 
resfriamento de metais 
 
2. Onde utilizar esses conceitos 
De forma geral, todas as substancias, sejam solidas, liquidas ou gasosas, dilatam-se com o 
aumento da temperatura e contraem-se quando a temperatura é diminuída. Assim, quando 
corpos sólidos são submetidos a uma variação de temperatura eles sofrem aumento ou 
diminuição nas suas dimensões. Via de regra, essa variação dimensional é bem pequena, e 
nem sempre perceptível a olho nu. Contudo, o conhecimento dos fenômenos envolvendo a 
dilatação e contração de corpos é fundamental um diversos ramos da engenharia. ] 
Na engenharia civil, por exemplo, pontes, viadutos e grandes construções se utilizam das 
chamadas juntas de dilatação, ou expansão. Estas juntas caracterizam-se por pequenos 
espaçamentos entre blocos de concreto que visam amenizar os efeitos da dilatação do 
concreto sobre a estrutura. A presença destes espaçamentos permite que os blocos de 
concreto possam se dilatar sem causar danos à estrutura. 
Apenas como ilustração deste tipo de fenômeno, uma ponte metálica de 300 metros de 
comprimento pode aumentar em até 20 cm seu comprimento, como resultado do aumento da 
temperatura. 
Ferrovias também podem ser fortemente danificadas pela dilatação térmica, caso não sejam 
planejadas adequadamente. Os trilhos são feitos de metais que usualmente têm coeficiente de 
dilatação elevado. Isso significa que uma pequena variação de temperatura pode resultar 
numa variação considerável de seu volume. Ou seja, a oscilação de temperatura durante o dia 
pode entortar os trilhos. 
Por isso as ferrovias são construídas com juntas de dilatação (ou expansão) que são folgas 
projetadas para acomodar tais variações. 
 
 
 
Até mesmo em nossas casas convivemos com o fenômeno da dilatação. Aliás, nem sempre a 
dilatação de materiais resulta em problemas. Por exemplo, as tampas de recipientes de vidro, 
como azeitonas, picles, ou conservas em geral, soltam-se mais facilmente quando aquecidas 
em água quente, porque sofrem um aumento de dimensões maior do que o vidro. 
3. O EXPERIMENTO 
Neste experimento você irá investigar como diferentes corpos de prova, feitos de diferentes 
materiais e dimensões, irão se dilatar em razão do aumento da temperatura deles. Os 
diferentes corpos de prova serão montados em uma base de experimentação e submetidos ao 
aumento de temperatura. Um medidor de deslocamento acoplado ao sistema irá medir a 
dilatação, enquanto um termômetro digital permitirá a medição de temperatura nos corpos. 
4. SEGURANÇA 
 O experimento foi concebido para não trazer riscos físicos ao aluno. Mas, como temos 
componentes envolvidos no ensaio que estarão em temperaturas elevadas, recomenda-se 
extrema cautela em não encostar em equipamentos e instrumentos que não tenham sido 
indicados no roteiro, a fim de minimizar os riscos de queimadura. Neste experimento 
recomenda-se o uso de jaleco e luvas térmicas quando necessário. 
5. CENÁRIO 
O aluno irá encontrar sobre a bancada a base de ensaio, os corpos de prova cilíndricos, o 
sistema de medida com relógio comparador, um termômetro e o sistema de aquecimento 
como pode ser visto na imagem abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Termômetro: É utilizado para medir a temperatura do corpo sujeito ao aquecimento. 
Calço de silicone: Auxilia na fixação do corpo de prova na base de ensaio. 
Sistema de aquecimento: Sistema composto por uma vidraria Erlenmeyer e um bico de Bunsen 
que quando acionado aquece a água a 100° C gerando um fluxo do vapor que é direcionado 
para dentro do corpo de prova posicionado na base. 
Receptor de água condensada: Durante a troca térmica entre o vapor de água e o corpo de 
prova a água pode condensar e este receptor armazena a água oriunda desta troca térmica. 
Sistema de medição: É utilizado para medir a dilatação térmica do material quando submetido 
ao aquecimento proporcionado pelo vapor de água. Base de ensaio: Base onde será fixado o 
corpo de prova para a realização do ensaio. Corpos de prova: Corpos cilíndricos com um 
orifício para que o vapor gerado no sistema de aquecimento percorra-o. 
 
 
 
 
 
Um pouco de história: 
 
Galileu Galilei (1564 – 1642) foi o primeiro cientista a elaborar um cenário real compreendendo 
a deformação de corpos (objetos), inspirado nas escoras de madeira que apoiavam as telhas 
pelos telhados de sua cidade e que, com o passar do tempo, deformavam-se com facilidade. 
Entretanto, apenas em 1676, por meio dos trabalhos de Robert Hooke (1635- 1703), surgiu a 
primeira relação descrevendo a deformação dos corpos em geral. A lei de Hooke constitui-se 
na base da teoria matemática moderna da elasticidade dos corpos. 
Em trabalhos independentes, Jean Marie Duhamel (1797-1872) e Franz Ernest Neuman (1798-
1895) constataram que a variação de comprimento sofrida por uma barra metálica homogênea 
não ocorria apenas devido à ação da tensão mecânica exercida sobre ela. Assim 
estabeleceram uma fórmula matemática incluindo a variação da temperatura como outro fator 
também responsável pela deformação de uma barra sólida e homogênea. 
Piter van Musschenbroek (1692 – 1761), mais reconhecido por ter inventado a garrafa de 
Leyden (capacitor), foi o primeiro cientista a desenvolver um dilatômetro. 
Ao longo dos anos, a partir desses trabalhos pioneiros, o estudo dos vários efeitos da dilatação 
térmica dos corpos tem fomentado grandes avanços científicos e tecnológicos. 
 
A função do dilatômetro é: 
 
Constatar a dilatação de uma barra metálica quando aquecida, permitindo medições precisas 
da variação de comprimento de barras de materiais diferentes 
Equação de dilatação linear 
Quando um material é exposto a um aumento de temperatura, suas moléculas tendem a se 
agitar, fazendo com que elas se afastem uma das outras, aumentando a distância entre dois 
pontos em seu interior. Isso resulta na dilatação linear do material. 
 
A variação da temperatura é calculada através da equação: 
 
ΔT = Tf - Ti 
 
Da maneira análoga, a variação de comprimento causada por essa variação da temperatura é 
calculada como: 
 
ΔL = L – L0 
 
Quanto maior for a variação (aumento) da temperatura, maior será a dilatação sofrida pelo 
corpo. A dilatação depende não só da variação da temperatura, mas também das dimensões 
(comprimento inicial) e do material de composição da barra, visto que os materiais 
apresentam diferentes comportamentos quando submetidos a mesma variação de 
temperatura. 
 
A partir dessas considerações, podemos escrever a relação matemática que nos permite 
calcular a dilatação sofrida por um corpo sólido, conhecida como Lei da Dilatação Linear: 
 
ΔL = α. L0. ΔT 
 
O coeficiente de dilatação linear do material da barra é representado por α, que assume 
valores característicos para cada tipo de material. A unidade de medida de α é chamada de 
grau Celsiusrecíproco(°C-1). 
 
A tabela abaixo mostra alguns valores para os coeficientes de dilatação linear de algumas 
substâncias. 
 
 
 
OBS: Ao utilizar a fórmula da dilatação térmica apresentada acima, é preciso utilizar unidades 
de medida coerentes. 
 
 
 
 
 
Gráfico da dilatação linear 
 
Pelo que estabelece a equação da dilatação linear, o gráfico do comprimento do corpo de 
prova em função da temperatura de sua temperatura é uma reta, conforme 
mostrado na figura 2, a seguir. 
 
 
Repare que a reta que representa a dilatação linear não passa pelo ponto zero, uma vez que o 
comprimento inicial nunca é nulo. 
 
O ângulo φ da reta está relacionado com a lei da dilatação linear, como mostrado 
a seguir. 
 
Δ L = α.L0.Δ T 
 
e 
 
Δ𝐋/ Δ𝐓= 𝛂 . 𝐋𝐨 
 
Assim, o coeficiente angular da reta pode ser calculado como: 
 
𝒕𝒈 𝝋 =Δ𝑳/ Δ𝑻 
 
E, levando em conta a expressão anterior, temos que: 
 
𝒕𝒈 𝝋 = 𝜶𝑳𝒐 
 
Finalmente, podemos determinar o coeficiente de dilatação linear (α) do material como 
sendo: 
 
𝛼 =𝒕𝒈 𝝋/ 𝐿𝒐 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Roteiro de Experimentos 
 
Materiais necessários: 
 
Corpos de prova com diferentes comprimentos e materiais; 
 
Termômetro; 
 
Bico de Bunsen; 
 
Relógio comparador; 
 
Batente móvel. 
 
Procedimentos 
 
Parte I: Determinação do coeficiente de dilatação linear 
 
Preparando o ensaio; 
 
Medindo a dilatação; 
 
Repetindo com outros materiais. 
 
Parte II: Variação no comprimento final de um tubo, metálico em função do seu comprimento 
inicial. 
 
Repetindo com diferentes comprimentos; 
 
Avaliação dos resultados 
 
Parte I - Determinação do coeficiente de dilatação linear. 
 
1. 
 
ΔL = α. L0. ΔT 
 
2. Pesquise na internet o valor do coeficiente de dilatação de cada material e compare com o calculado. 
Justifique eventuais diferenças. 
 
De acordo com os valores encontrados, cheguei à conclusão de que os valores se encontram 
em uma marguem de erro coerente. As eventuais diferenças devem ter ocorrido por erro de 
aferição do operador, condições climáticas extremas ou por potenciais arredondamentos. 
Parte II: Variação no comprimento final de um tubo metálico em função do seu comprimento 
inicial 
1. 
 
2. Construa o gráfico variação do comprimento ΔL x comprimento inicial L0 e determine seu 
coeficiente angular. 
 
3. Determine o coeficiente angular do gráfico ΔL x L0 e explique o que ele representa. 
 
4. Com base nos seus conhecimentos, verifique a validade da afirmação: “A variação no 
comprimento de um material, para uma mesma variação de temperatura, é diretamente 
proporcional ao seu comprimento inicial.” 
 
 
R: Sim 
Pré teste 
1) Qual a relação entre a dilatação linear e a temperatura? 
 
C– Diretamente proporcional. 
 
2) O coeficiente de dilatação linear é uma característica do(a): 
 
B- Material. 
 
3) Duas barras de mesmo comprimento e materiais diferentes sofrem uma mesma variação 
de temperatura. Considerando que uma barra é feita de silício (∝ =2,6 x 10-6 °C-1) e outra de 
aço (∝ =14 x 10-6 °C -1), qual delas sofrerá maior dilatação? 
 
B- A barra de aço. 
 
4) Qual das opções abaixo expressa uma grandeza que não interfere na dilatação térmica 
sofrida pelos sólidos? 
 
C- Tempo em que o solido fica exposto a fonte de calor. 
 
5) Suponha uma barra de aço sendo aquecida de uma temperatura T0 = 20 °C até um 
temperatura Tf= 100 °C. Suponha ainda que ao se medir a dilatação total decorrente da 
variação térmica, obteve-se um valor de 100mm. Pergunta-se: o que irá ocorrer com a barra 
quando ela for resfriada até a temperatura inicial de 20 °C? 
 
A- Ela irá se contrair de 100mm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratorio 
 
Primeiramente selecionei o corpo de prova de cobre com 500 mm de comprimento. Medindo 
assim a sua temperatura inicial T0. Em seguida, movendo o corpo de prova para a base. Após 
isso travei o batente na posição zero da escala da base. Após posicionar o batente, acabei o 
travando, zerando assim o relógio comparador. 
Ligando o sistema de aquecimento, acabei observando pelo termômetro que a temperatura 
começou a aumentar. Acompanhando assim a dilatação do corpo de prova pelo relógio 
comparador, desligando a chama, assim retorne o corpo de prova para a mesa. 
Repeti os passos 1 e 2 para ensaiar os corpos de prova de latão e aço, ambos com 500 mm de 
comprimento. 
Repeti os passos 1 e 2 para ensaiar os quatro corpos de prova de cobre. Assim terminando o 
experimento e achando os resultados para colocar na tabela e calcular os resultados. 
Pós teste 
1) Com base nos resultados experimentais obtidos, qual dos corpos de prova (Cobre, latão 
 
e aço) se dilatou mais? 
C- Corpo de prova do latão. 
2) Ao se submeter duas barras redondas feitas de materiais diferentes e comprimentos 
 
iguais a uma variação térmica de 80°C, qual das barras deverá se dilatar mais? 
A- A que possui maior coeficiente de dilatação térmica. 
 
3) Em barras feitas com o mesmo material e sujeitas a mesma taxa de aquecimento, quanto 
maior o comprimento: 
B- Maior será sua dilatação final. 
 
4) O Relógio comparador é utilizado no experimento para: 
C- Medir a dilatação do corpo de prova 
 
5) Qual a unidade de medida do coeficiente de dilatação térmica? 
A- °C-1