Ano 2023#dilatacao-termica#geometria#termodinamica

Sobre o tema

A dilatação térmica é um fenômeno fundamental em física e engenharia, onde materiais mudam de dimensão com a temperatura. Em problemas de geometria, como o apresentado pelo IME, é comum combinar expansão linear em diferentes direções, especialmente quando o corpo não é simplesmente retilíneo. O coeficiente de dilatação volumétrica γ relaciona-se com o linear α por α = γ/3 para materiais isotrópicos. A determinação do deslocamento de um ponto em uma estrutura composta por segmentos perpendiculares exige a soma vetorial das expansões individuais, levando a expressões com raízes quadradas. Este tipo de questão testa tanto a compreensão da dilatação quanto a capacidade de lidar com geometria e álgebra vetorial.

Tópicos relacionados

  • dilatação térmica linear e volumétrica
  • relação entre coeficientes α e γ
  • soma vetorial de deslocamentos
  • expansão em estruturas perpendiculares
  • aplicações em engenharia termomecânica

Enunciado

Inicialmente, um poste, fabricado com material de coeficiente de dilatacao volumetrica gama, tem as dimensoes indicadas na figura, estando o ponto A fixo. Ao ser submetido a um aumento de temperatura T, o ponto B e deslocado de:

Alternativas

  • A)

    sqrt(17)gamaT*L/4

  • B)

    sqrt(5)gamaT*L/12

  • C)

    sqrt(17)gamaT*L/21

  • D)

    sqrt(17)gamaT*L/12

  • E)

    gamaTL/4

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Perguntas frequentes

Qual a diferença entre dilatação linear e volumétrica?

Dilatação linear mede a variação em uma dimensão (como comprimento), enquanto a volumétrica mede a variação do volume. Para materiais isotrópicos, o coeficiente volumétrico é aproximadamente três vezes o linear.

Como calcular o deslocamento de um ponto em uma estrutura que se expande?

Deve-se decompor a estrutura em segmentos retilíneos, calcular a expansão de cada um segundo sua direção e orientação, e então somar vetorialmente esses deslocamentos para obter o deslocamento total.

Por que o coeficiente linear α é um terço do volumétrico γ?

Em um material isotrópico, a expansão ocorre igualmente nas três direções ortogonais. A variação relativa de volume é aproximadamente 3 vezes a variação relativa linear, para pequenas variações de temperatura.

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