Dilatação Linear
Autor e Co-autor(es)
Erwin Doescher e Bruno Pagliarani Mattiazzo
Estrutura Curricular
| Modalidade / Nível de Ensino | Componente Curricular | Tema |
|---|---|---|
| Ensino Médio | Física | Calor, ambiente e usos de energia |
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
Duração das atividades
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Estratégias e recursos da aula
As estratégias utilizadas serão:
- Aula Interativa;
- Aula Conceitual;
- Uso do Laboratório de Informática.
O professor deverá iniciar a aula fazendo perguntas aos alunos (que envolvam o conceito que será trabalhado nesta aula), como, por exemplo: alguém já observou os trilhos de uma estrada de ferro? Já perceberam que entre dois pedaços consecutivos de trilho há sempre um espaço? Vocês já notaram que as pontes de concreto, quando extensas, não são construídas em um único bloco? É importante que, após a discussão, o professor pontue que tanto os trilhos quanto as pontes extensas são formadas por vários blocos (de ferro e de concreto, respectivamente) dispostos uns ao lado dos outros e, entre dois blocos vizinhos, também há um espaço. Esses espaços são calculados pelos construtores de linhas férreas ou de pontes porque, sob a ação do calor, o aço e o concreto aumentam de tamanho. Tal fenômeno físico é denominado dilatação linear.
Após motivar os alunos, peça para os alunos sentarem em duplas ou trios e que trabalhe o recurso postado abaixo:
Recurso: Rede Elétrica
Link do Recurso: http://www2.fe.usp.br/~mef-pietro/rived/sim_termo_rede.html
Abaixo é mostrado uma imagem do recurso (Fig. 1) representando uma simulação interação/vibração das moléculas devido à variação da temperatura (frio ou calor), a idéia do recurso é fazer com que o aluno descubra qual a variação no comprimento do fio de cobre devido à variação na temperatura.
Figura 1 - Tela da simulação da vibração das moléculas.
No término desta atividade, o professor deverá solicitar que o aluno descubra o comprimento final do fio numa determinada temperatura (Figura 2):
Figura 2 - Tela do recurso que trabalha o comprimento final de um fio numa determinada temperatura
Peça para os alunos discutirem e resolverem a atividade proposta pelo recurso.
Neste momento, o professor deverá concluir a aula ressaltando que a dilatação linear é aquela que ocorre variação em apenas uma dimensão, ou seja, o comprimento do material. Peça para os alunos imaginarem a seguinte situação: uma barra de metal de comprimento Li à temperatura ti, é aquecida até uma determinada temperatura tf. O que se percebe é que a barra, após o aquecimento, não tem mais o mesmo comprimento, ou seja, ela sofreu uma variação na sua dimensão, no seu comprimento, ela dilatou. Podemos tomar como exemplos de Dilatação Linear os trilhos de uma ferrovia - que ficam deformados (Fig. 3) após uma grande elevação de temperatura e, para que a dilatação de uma ponte se faça livremente, emprega-se as chamadas juntas (fendas) de dilatação.
Figura 3 - Trilho de trem retorcido por causa da dilatação linear.
Imagem Disponível em: www.coladaweb.com/fisica/termica_arquivos/image006.jpg. Acesso em: 11 dez 2008.
Um outro exemplo muito comum no cotidiano dos alunos são aquelas fendas nas pontes. Quando um carro passa por ela é possível ouvir um barulho e um pequeno tranco no carro, esse tranco é ocasionado pelas fendas de dilatação nas pontes, pois sem elas a ponte não teria espaço para dilatação, podendo trincar e vir a cair.
Curiosidade: Pensando no problema proposto pelo recurso, o professor poderá fazer o seguinte questionamento aos alunos: qual o motivo dos fios de energia dos postes não serem bem esticados? O professor deverá discutir isto com os alunos e ajudá-los a compreenderem que os fios não podem ser bem esticados por causa da dilatação, pois num dia muito frio o fio irá se comprimir e se ele for muito esticado ele irá se romper por não ter espaço para se dilatar.
Observação: Usando as idéias citadas acima podemos demonstrar a Dilatação Linear, como:
Onde ΔL = Lf – Li é a variação do comprimento, ou seja, a dilatação linear da barra. E Δt = tf – ti é a variação da temperatura da barra.
Experimentalmente verifica-se que:
- o comprimento inicial (Li) é proporcional à temperatura inicial (ti);
- o comprimento final (Lf) é proporcional à temperatura final (tf);
- a dilatação linear depende do material que constitui a barra.
Mediante a essas constatações foi determinada a seguinte equação para dilatação linear dos corpos: ΔL = Liα Δt, onde α é denominada de coeficiente de dilatação linear, é uma constante característica do material que constitui o corpo. Por exemplo, para o alumínio temos que α = 0,000023 por °C (ou °C-1), isso quer dizer que o alumínio dilata 23 milionésimos de seu comprimento a cada 1°C de variação na sua temperatura, ou seja, uma dilatação muito pequena e que possivelmente só pode ser vista em microscópio.
Recursos Complementares
Teoria e experimentos:
http://www.brasilescola.com/fisica/dilatacao-linear.htm
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/13134/dilatacaoecontracao1.pdf
Recursos Educacionais
| Nome | Tipo |
|---|---|
| Dilatação e contração - 1 | Experimento prático |