Física, perguntado por nayra2169, 10 meses atrás

uma esfera metálica maciça é aquecido de 30
°C para 110 °C , e seu volume sofre um aumento correspondente a 1,2%. Qual é o valor do coeficiente de dilatação linear médio desse metal ?​

Soluções para a tarefa

Respondido por KevinKampl
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Existem duas maneiras de resolver esse exercício.

Primeira maneira:

Vamos começar pela maneira mais simples. A variação de volume devido à variação de temperatura é dada por:

ΔV = V0*γ*ΔT

Onde, ΔV é a variação de volume, V0 é o volume inicial, γ é o coeficiente de dilatação volumétrica e ΔT é a variação de temperatura.

Temos a variação de temperatura, o volume inicial V0 e a variação de volume em função de V0. Portanto, podemos determinar o valor do coeficiente de dilatação volumétrica.

Note que, se o volume inicial da esfera é V0, havendo um aumento de 1,2% em seu volume, podemos afirmar que o volume final da esfera será 1,012*V0.

Temos:

ΔV = V0*γ*ΔT

1,012V0 - V0 = V0*γ*(110 - 30)

0,012V0 = V0*γ*80

0,012 = 80γ

γ = 0,012/80

γ = 0,00015 °C^-1

γ = 1,5*10^-4 °C^-1

O coeficiente de dilatação linear α será o coeficiente de dilatação volumétrica γ dividido por 3:

α = γ/3

α = (1,5*10^-4)/3

α = 0,5*10^-4

α = 5*10^-5 °C^-1

Logo, concluímos que o coeficiente de dilatação linear vale 5*10^-5 °C^-1.

Segunda maneira:

Como o exercício está perguntando qual é o valor do coeficiente de dilatação linear da esfera, podemos considerar a variação linear dela, ou seja, qual foi a variação de seu diâmetro.

Seja V0 o volume inicial. Segundo o enunciado, o volume da esfera sofreu um aumento correspondente a 1,2% após o aquecimento. Logo, como já vimos, o volume da esfera após o aquecimento é 1,012*V0.

O volume de uma esfera é dado por V = πd³/6, onde d é o diâmetro da esfera.

Agora, seja di o diâmetro inicial da esfera e df o diâmetro da esfera após a dilatação.

Para o volume inicial da esfera, temos:

V0 = π(di)³/6

(di)³ = 6V0/π

di = ∛(6V0/π)

Após o aquecimento, temos:

1,012*V0 = π(df)³/6

(df)³ = 6*1,012*V0/π

df = ∛(6,072*V0/π)

Logo, vemos que o diâmetro inicial da esfera vale ∛(6V0/π) e que o diâmetro após aquecimento vale ∛(6,072*V0/π).

Agora, vamos calcular o coeficiente pedido. Sabemos que a variação de comprimento devido a aquecimento ou resfriamento é dada por:

ΔL = L0*α*ΔT

Onde ΔL será a variação de diâmetro, L0 será o diâmetro inicial da esfera, α é o coeficiente de dilatação linear e ΔT é a variação de temperatura.

Logo, temos:

ΔL = L0*α*ΔT

∛(6,072*V0/π) - ∛(6V0/π) = ∛(6,072*V0/π)*α*(110 - 30)

[∛(6,072*V0/π) - ∛(6V0/π)]/[∛(6,072*V0/π)] = 80α

∛(6,072*V0/π)/∛(6,072*V0/π) - ∛(6V0/π)/∛(6,072*V0/π) = 80α

1 - ∛(6V0/π)/∛(6,072*V0/π) = 80α

1 - ∛(6/6,072) = 80α

1 - ∛0,988 = 80α

1 - 0,996 = 80α

0,004 = 80α

α = 0,004/80

α = 5*10^-5 °C^-1

Como esperado, o coeficiente de dilatação linear vale 5*10^-5 °C^-1.

Espero ter ajudado.

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