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Dilatação térmica - I
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Você já reparou que, em dias mais quentes, os cabos de eletricidade das ruas criam “barrigas”, muito maiores que em dias frios? Este é um dos efeitos do fenômeno físico conhecido como dilatação (ou expansão) térmica:
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A dilatação térmica ocorre com diversos materiais, e se manifesta quando a temperatura do corpo aumenta. Por exemplo, os engenheiros que projetam pontes metálicas devem levar em conta a dilatação térmica dos materiais em seus cálculos estruturais. No caso de uma ponte metálica de 200 metros de comprimento, construída num local em que a temperatura varie de –30o C no inverno a 40oC no verão sofre, entre essas estações, um alongamento de 15 cm.
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Para evitar que estas estruturas se deformem, muitas pontes metálicas não são rigidamente fixadas nas suas extremidades. Em vez disso, elas são colocadas sobre cilindros metálicos, de modo a poder deslizar quando seu comprimento se altera:
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Para observar como se alonga um fio ou uma barra metálica delgada, quando a temperatura aumenta, podemos aquecer uma barra mantendo uma de suas extremidades fixa. A outra extremidade empurra um ponteiro que se move sobre uma escala graduada. À medida que a temperatura da barra aumenta, ela se alonga e empurra o ponteiro. Podemos assim medir o alongamento da barra em função da sua temperatura.
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Experiências realizadas com diferentes materiais mostraram que em todos os sólidos o alongamento térmico ocorre de acordo com uma mesma lei, válida dentro de um amplo intervalo de temperatura. Esta lei é conhecida como a lei da dilatação linear, sendo dada por L = Lo (1 + . t ), onde é o coeficiente de dilatação linear, que depende do material do qual a barra é feita:
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Para avaliar de modo aproximado o efeito prático da dilatação linear, podemos dizer que uma barra de 1 metro de comprimento, feita de qualquer material, sofre um alongamento da ordem de 1mm quando sua temperatura aumenta de 100oC.
Mas esta barra não se dilata apenas ao longo do seu comprimento: quando a temperatura aumenta, ela tem seu comprimento, largura e altura variados ao mesmo tempo. No entanto, como consideramos uma barra delgada, essas outras duas dimensões (largura e altura) são pequenas, suas variações com a temperatura podendo ser desprezadas, concentrando-se apenas na variação da dimensão mais importante.
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Assim, de uma maneira geral, quando a temperatura de um corpo aumenta, o corpo se dilata em suas três dimensões: comprimento, largura e altura. Mas como já vimos com a dilatação linear, nem sempre é assim. Se, por exemplo, aumentamos a temperatura de uma barra de cobre retangular, de espessura desprezível se comparada à sua largura e comprimento, temos a chamada dilatação superficial.
Para saber como é a forma desta lei de dilatação, clique aqui.
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