Questões Sobre Dilatação Térmica - Física - 2º ano do ensino médio

I - Falso. Em dias frios os corpos contraem e a distância entre os trilhos aumenta.

II - Falso. A dilatação linear é proporcional ao comprimento inicial e a variação de temperatura.

III - Verdadeiro. A área superficial é proporcional a variação de temperatura.

IV - Verdadeiro. A dilatação é feita por condução térmica, ou seja, quanto maior for a vibração e amplitude de movimento dos átomos maior será o comprimento do corpo.

A alternativa correta é a letra C.

Sabe-se que a dilatação volumétrica de um material é diretamente proporcional ao seu coeficiente de dilatação médio, segundo a relação apresentada a seguir:

$V=V_0·\gamma ·\Delta \theta$,

na qual V e V₀ são os volumes final e inicial do material, respectivamente, γ é o coeficiente de dilatação volumétrica e Δθ é a variação de temperatura. No caso do forno de cobre apresentado no enunciado,  o coeficiente de dilatação médio tem valor 17 x 10^-6 ºC^-1. Para que os parafusos sejam feitos de materiais que não afrouxem nem forcem a estrutura dos fornos nos furos, deve-se escolher um material que não dilate muito menos nem muito mais que o cobre, e portanto, tenha um coeficiente de dilatação médio próximo. Dentre as opções apresentadas pelo enunciado, portanto, deve-se escolher parafusos feitos de latão, pois é o material de coeficiente mais próximo ao do cobre (19 x 10^-6 ºC^-1), o que leva à resposta de alternativa E.

Como inicialmente, em temperatura ambiente, os dois metais possuem o mesmo comprimento, ao serem esquentados o metal de maior coeficiente de dilatação ficará de maior tamanho. Como o coefientende de dilatação do bronze é maior que o do ferro, o bronze deve ter um tamanho final maior que o do ferro, assim, o bronze irá dobrar o ferro. Portanto, a resposta correta é a alternativa D.

O volume de água em uma área A e profundidade h é dado por:

Supondo uma área  constante, tem-se que a variação no volume de água é dado por:

Fazendo V₀ = 4000.A e V = A.h:

Portanto, alternativa "C".

Pelo aumento de temperatura, a barra de PVC dilatou-se, e portanto, seu comprimento é maior do que o anunciado. Logo, o vendedor teve prejuízos. Quanto maior a metragem da barra e a variação de temperatura (positiva), maior será o prejuízo do vendedor, já que a dilatação térmica é proporcional a esses parâmetros. Alternativa A.

Lembre-se que a dilatação térmica linear é dada pela equação:

ΔL = L₀*α*ΔT
Donde ΔL é variação do comprimento, L₀ é o comprimento inicial, α é o coeficiente de dilatação linear e ΔT é a variação da temperatura do corpo.

Para a lâmina A temos:
ΔL_A = L₀*α_A*ΔT

Enquanto para o corpo B:
ΔL_B = L₀*α_B*ΔT

Note que elas são submetidas a mesma temperatura, apresentando assim a mesma variação de tal, e o comprimento é o mesmo, inicialmente.

O fato de α_A > α_B implica que o a variação do comprimento é maior para A do que para B, pois as outras variáveis são iguais para ambas as lâminas.

Com isso, ao término do processo o comprimento da lâmina A deve ser maior que o comprimento da lâmina B. Como tais lâminas estão soldadas, elas não podem se encurvar de maneira oposta (uma para baixo e outra para cima), pois isto romperia a lâmina bimetálica. 

Com o que já foi discutido acima, já eliminamos as três primeiras alternativas, note que a alternativa a) diz que as lâminas tem uma variação de comprimento igual, o que é falso, como já foi dito acima.

Logo, nos resta analisar as alternativas d) e e). Mas, se o comprimento da lâmina A deve ser maior, isto não ocorre na alternativa e), pois neste caso, em que as lâminas se encurvam para cima, o comprimento da lâmina B se torna maior que o da lâmina A (FAÇA O DESENHO, ajudará a visualizar). Com isso, a única alternativa que satisfaz as condições dadas, é a alternativa d), note que neste caso temos que o comprimento da lâmina A é maior que o da lâmina B, como é de se esperar.

Utilizando a equação da Dilatação Volumétrica, podemos determinar a variação de volume de gasolina :

 $\begin{array}{l}\Delta V=Vo.\gamma .\Delta \Theta \\ \Delta V=60.1,1.{10}^{-3}.20\\ \Delta V=1,32 l\end{array}$

Alternativa A.

A dilatação superficial será dada por :

 

Um aumento de temperatura em um material faz com que o mesmo expanda. Da mesma maneira, uma diminuição de temperatura faz com que o mesmo contraia. 
Assim, para separar os copos A e B, devemos colocar água gelada (inferior à temperatura ambiente) em A e mergulhar B em água quente (superior à temperatura ambiente). Isso fará A contrair e B expandir, separando-os.

As tensões témicas que surgem nos materiais devido ao aumento ou diminuição de temperatura se dá pela Dilatação Térmica dos corpos. Os coeficientes de dilatação caracterizam os materiais nesse sentido. Portanto, a alternativa correta é a letra B.