Física 18 B Flashcards
(15 cards)
Qual é a relação entre o aumento da temperatura, a vibração dos átomos e a dilatação térmica em sólidos, e como o coeficiente de dilatação influencia o cálculo da variação do comprimento de uma barra aquecida?
A dilatação térmica em sólidos ocorre quando o aumento da temperatura eleva a vibração dos átomos, resultando em um aumento no volume ocupado pelo material. Esse fenômeno pode ser dividido em dilatação linear (variação no comprimento), superficial (variação na área) e volumétrica (variação no volume). Para calcular a dilatação linear de uma barra, usa-se a fórmula: ΔL = L₀ * α * ΔT, onde ΔL é a variação do comprimento, L₀ é o comprimento inicial, α é o coeficiente de dilatação (dependente do material, expresso em valores pequenos como 27 x 10^-6 °C^-1) e ΔT é a variação da temperatura. O coeficiente de dilatação não é negativo, mas um valor pequeno que varia conforme o material (ex.: chumbo ou zinco), influenciando diretamente a magnitude da dilatação.
Como o coeficiente de dilatação térmica afeta a variação de comprimento de barras de diferentes materiais sob mudanças de temperatura em questões de provas?
A dilatação térmica é cobrada em provas comparando a variação de comprimento de barras de materiais como alumínio (α = 22 × 10⁻⁶ °C⁻¹) e ferro (α = 10 × 10⁻⁶ °C⁻¹) sob aquecimento ou resfriamento. A fórmula é ΔL = L₀ · α · ΔT. Com L₀ e ΔT iguais, o material com maior α (ex.: alumínio) dilata mais ao aquecer (ex.: 0 °C a 20 °C) ou contrai mais ao resfriar (ex.: 0 °C a -20 °C). Provas pedem comparação de materiais, cálculos de ΔL ou análise de dilatação/contração. Dica: maior α implica maior variação de comprimento.
Como a diferença nos coeficientes de dilatação térmica de uma lâmina bimetálica (alumínio e ferro) causa sua curvatura ao aumentar a temperatura, e como isso aparece em provas?
Uma lâmina bimetálica, composta por alumínio (α = 22 × 10⁻⁶ °C⁻¹) e ferro (α = 10 × 10⁻⁶ °C⁻¹) colados, curva-se ao aquecer (ex.: 0 °C a 20 °C) porque o alumínio dilata mais (ΔL = L₀ · α · ΔT). A curvatura ocorre para o lado do ferro (menor α), que restringe o alumínio. Provas pedem a direção da curvatura ou o desenho correto. Dica: maior α dilata mais, curvando para o menor α.
Como a lâmina bimetálica de alumínio e ferro se comporta ao ser resfriada de 0 °C para -20 °C, e para qual lado ela curva?
Uma lâmina bimetálica de alumínio (α = 22 × 10⁻⁶ °C⁻¹) e ferro (α = 10 × 10⁻⁶ °C⁻¹), unidas, sofre contração ao ser resfriada de 0 °C para -20 °C (ΔT = -20 °C). Pela fórmula ΔL = L₀ · α · ΔT, o alumínio, com maior α, contrai mais (variação maior no comprimento). Como estão coladas, a lâmina curva para o lado do material que fica menor, ou seja, o alumínio (maior contração). Se o alumínio está na parte superior, a lâmina curva para cima. Em provas, pede-se a direção da curvatura ou o desenho correspondente. Dica: maior α implica maior contração, curvando para o lado do maior α ao resfriar.
Como a lâmina bimetálica funciona em termostatos e o que é cobrado em provas sobre suas aplicações?
A lâmina bimetálica, feita de dois metais com diferentes coeficientes de dilatação (ex.: alumínio, α = 22 × 10⁻⁶ °C⁻¹; ferro, α = 10 × 10⁻⁶ °C⁻¹), regula temperatura em termostatos (ex.: ferro de passar, geladeira). O efeito Joule aquece a lâmina, e o metal com maior α dilata mais, curvando para o menor α, abrindo o circuito e desligando o dispositivo. Ao esfriar, a lâmina retorna, religando. Provas cobram direção da curvatura, identificação do maior α, funcionamento do termostato ou aplicações. Dica: maior α causa maior dilatação e controla a curvatura.
Quais são as pegadinhas em questões sobre dilatação térmica de barras/lâminas do mesmo material e comprimento inicial, mas com diferentes variações de temperatura?
Em provas, uma armadilha comum é comparar duas barras/lâminas do mesmo material (ex.: α = 22 × 10⁻⁶ °C⁻¹) e mesmo comprimento inicial (L₀), mas com diferentes variações de temperatura (ex.: lâmina 1 de 0 °C a 20 °C, ΔT = 20 °C; lâmina 2 de 0 °C a 40 °C, ΔT = 40 °C). Pela fórmula ΔL = L₀ · α · ΔT, a lâmina com maior ΔT (lâmina 2) dilata mais, mesmo sendo do mesmo material. A pegadinha é o aluno ignorar que ΔT varia e assumir dilatação igual. Dica: sempre verifique ΔT, pois é diretamente proporcional à dilatação.
Como o comprimento inicial afeta a dilatação térmica de duas barras do mesmo material aquecidas igualmente, e qual é a pegadinha comum em provas?
Duas barras do mesmo material (mesmo α) a 0 °C, com comprimentos iniciais L₀ (barra 1) e 2L₀ (barra 2), são aquecidas a 20 °C (ΔT = 20 °C). Pela fórmula ΔL = L₀ · α · ΔT, a dilatação é diretamente proporcional ao comprimento inicial. A barra 2, com L₀ maior, dilata duas vezes mais que a barra 1 (ΔL₂ = 2 · ΔL₁). Pegadinha: alunos pensam que a barra 2 ficará “duas vezes maior” no comprimento total, mas apenas a dilatação (ΔL) é dobrada, não o comprimento final. Dica: compare ΔL, não o tamanho final.
Como o gráfico de comprimento final versus temperatura de uma barra em dilatação linear é representado, e o que provas cobram sobre isso?
A dilatação linear de uma barra com comprimento inicial L₀, aquecida de 0 °C a uma temperatura final T_f, segue a fórmula L_f = L₀ + ΔL, onde ΔL = L₀ · α · T_f (α é o coeficiente de dilatação). O comprimento final (L_f) é diretamente proporcional à temperatura final, formando uma reta inclinada no gráfico L_f versus T_f, com inclinação tg(θ) = L₀ · α. A reta não passa pela origem, pois L₀ ≠ 0, e intercepta o eixo y em L₀. Provas cobram: (1) interpretação do gráfico (reta de 1º grau), (2) cálculo da inclinação (L₀ · α), ou (3) relação entre L_f e T_f. Pegadinha: confundir L_f com ΔL ou achar que a reta passa pela origem.
omo identificar o material com maior coeficiente de dilatação térmica em um gráfico de comprimento versus temperatura?
Em um gráfico de comprimento (L_f) versus temperatura (T) para duas barras de materiais A e B, com mesmo L₀ mas diferentes α, a inclinação da reta (tg(θ) = L₀ · α) revela o coeficiente de dilatação. A reta mais inclinada indica maior α. Provas cobram comparar inclinações para determinar qual material tem maior α. Dica: maior inclinação = maior α.
Como interpretar um gráfico com retas paralelas de dilatação linear para duas barras de materiais diferentes, e qual é a pegadinha comum em provas?
Em um gráfico de comprimento (L_f) versus temperatura (T) para duas barras de materiais A e B, com retas paralelas (mesma inclinação, tg(θ) = L₀ · α), o coeficiente de dilatação (α) não é igual se os comprimentos iniciais (L₀) diferem. Como tg(θ) = L₀ · α, se a inclinação é a mesma, o material com menor L₀ tem maior α (α = tg(θ)/L₀). Pegadinha: alunos assumem que retas paralelas implicam α_A = α_B, ignorando que L₀ varia. Provas cobram calcular ou comparar α, exigindo atenção à relação inversa entre α e L₀. Dica: mesma inclinação, menor L₀ = maior α.
Por que é necessário deixar juntas de dilatação em trilhos de trem e construções, e como isso é abordado em provas?
Trilhos de trem ou estruturas como prédios, a 20 °C, dilatam ao aquecer (ex.: para 40 °C) devido à dilatação linear (ΔL = L₀ · α · ΔT). Sem espaço, trilhos encostados entortam, podendo causar acidentes, e paredes racham. Juntas de dilatação são lacunas deixadas entre trilhos ou partes de uma construção para permitir expansão sem danos. Provas cobram: (1) função das juntas (evitar deformações), (2) relação com dilatação térmica, ou (3) exemplos práticos (trilhos, prédios). Dica: juntas absorvem o aumento de comprimento causado por ΔT.
