Física no Cotidiano 2 – Dilatação térmica

Para esse post, o segundo da série “Física no Cotidiano” [veja o primeiro aqui], vou me basear em algo que me aconteceu recentemente:

Semana passada estive de férias e fui visitar minha avó. Encontrei-a com um pequeno problema: a tampa de uma panela havia entrado em uma bacia de metal e ficado presa, e ela não conseguia de jeito nenhum tirar a tampa de lá. Para resolver isso, coloquei o sistema em questão no congelador e, depois de algumas horas, joguei água fervente ao redor da bacia. Imediatamente a tampa se soltou. Por que será que isso aconteceu?

A explicação para isso está no fenômeno da dilatação térmica.

Sabemos que ao fornecermos calor para um corpo, sua temperatura aumenta. Bom, esse aumento na temperatura aumenta a energia interna do corpo, que ocasiona uma maior vibração das partículas que o compõem. Vibrando mais, essas partículas precisarão de mais espaço, fazendo com que o corpo se expanda.

O oposto acontece ao retirarmos calor de um corpo: sua temperatura diminui, sua energia interna diminui, a vibração de suas partículas diminui, e o corpo sofre uma contração.

A dilatação térmica, obviamente, depende de alguns fatores. São eles:

  • O tamanho inicial do objeto. Um exemplo para entender por que: duas barras de metal, uma com 10 metros e outra com 10 centímetros de comprimento, inicialmente à mesma temperatura, recebem a mesma quantidade de calor; se verificarmos que a barra de 10 metros passa a medir 11 metros, não podemos afirmar que a barra de 10 centímetros também aumentará em 1 metro seu comprimento. Isso porque o aumento é proporcional ao tamanho: quanto menor um corpo, menor será sua dilatação.
  • A variação de temperatura que o corpo sofre. Quanto mais sua temperatura varia, maior será sua dilatação.
  • O coeficiente de dilatação térmica do corpo. Materiais diferentes sofrem dilatação diferentemente. Isso se deve à estrutura molecular do corpo. Quanto maior é esse coeficiente, maior será a dilatação do corpo.

É no coeficiente de dilatação térmica que vou me deter agora. Na situação que descrevi no começo do post, tanto a bacia quanto a tampa eram de metal. Não sei qual metal, mas isso significa que seus coeficientes de dilatação térmica eram muito próximos. A diferença de tamanho entre os dois também não era relevante. Sabendo disso, pude concluir que, se eu aquecesse o sistema todo, tanto a bacia quanto a tampa se expandiriam semelhantemente, e não seria criada uma folga entre os dois. Por isso, deduzi que seria necessário esquentar somente a bacia, para que ela aumentasse de tamanho, e esfriar a tampa, para que diminuísse de tamanho, e aí sim seria criada a folga necessária para que se soltassem. E foi o que aconteceu.

O conhecimento desse fenômeno pode ser muito útil em situações como essa. Sabe aquele vidro de pepino que você fecha, guarda na geladeira, e depois não consegue mais abrir? É só esquentar a tampa e está resolvido! O coeficiente de dilatação da tampa, que é de metal, é maior que o do frasco, que é de vidro; por isso, quando ambos são resfriados (na geladeira), a tampa fica muito apertada no vidro porque se contrai mais que ele. Quando são aquecidos, acontece o oposto, ficando mais fácil separá-los.

O fenômeno da dilatação térmica ocorre o tempo todo ao nosso redor, mas na maioria das vezes é imperceptível aos nossos olhos, ou estamos muito desatentos para reparar nele. Se prestarmos atenção, podemos notar, por exemplo, que os fios de luz ficam mais esticados no inverno e mais “soltos” no verão.

A esfera passava pelo anel, mas foi aquecida e aumentou de tamanho.

Esse fenômeno é levado em conta em qualquer processo de fabricação, e um pequeno erro de cálculo pode ter graves conseqüências. Imagine só um carro com parafusos que têm coeficientes de dilatação térmica muito diferentes do que as placas onde são encaixados!

É por causa da dilatação térmica também que blocos de concreto nas calçadas e em pontes têm um espaçamento entre si, assim como as barras de metal nos trilhos de trem.

Outro fato interessante é que a dilatação dos líquidos é imensamente maior que a dos sólidos. Quem entendeu o que eu disse até agora vai saber por que é mais lógico abastecer o carro à noite! Hehe =]

Espero que tenham gostado, fiquem à vontade para comentar e fazer perguntas.

Giulia R.

Publicado em 07/08/2011, em Física e marcado como , , , , , . Adicione o link aos favoritos. 3 Comentários.

  1. Rafael Science

    Seu Feed parece não estar funcionando, será que é meu browser ?

  2. Letícia Couto

    Adorei o post, ajudou muito no meu trabalho. Parabéns🙂

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