Dilatação dos sólidos

Às vezes nos deparamos com a Física no nosso cotidiano e nem nos damos conta disso. Por exemplo:

É mais fácil abrirmos um portão de ferro quando está fazendo calor do que quando faz frio. Quando tentamos abrir a tampa metálica dos vidros de conserva (azeitona, por exemplo), a tampa parece estar “colada”, mas quando a aquecemos, ela sai com mais facilidade.

Você sabe por quê?

A matéria no estado sólido tem forma própria e volume definido. Isso porque as moléculas que compõem o sólido:
- estão fortemente ligadas entre si;
- apresentam um movimento tão pequeno que permanecem praticamente estacionárias.

Quando aquecemos um sólido (barra de ferro, esfera metálica, etc.) ele se dilata em todas as direções. Dependendo do caso, a dilatação de um sólido pode ser considerada:

Linear – quando levamos em conta apenas a variação de uma de suas dimensões, como o comprimento;

Superficial – quando levamos em consideração a variação da área de uma secção, por exemplo, comprimento e largura:

Volumétrica – quando levamos em consideração a variação de volume, isto é, do comprimento, da altura e da largura.

Experiências com barra metálica aquecida mostram uma variação Δl (delta L) no comprimento diretamente proporcional tanto ao comprimento original l₀ da barra como à variação do ΔӨ da temperatura. Assim, podemos escrever a seguinte equação da dilatação linear:

Δl = α.l0.ΔӨ

Onde:
α é o coeficiente de dilatação linear do material
l₀ é o comprimento inicial do material

A constante α, é chamada de coeficiente de dilatação linear, e ela depende da natureza de cada material.

Seguindo a mesma analogia da equação de dilatação linear, temos:

Para a dilatação superficial ΔS

ΔS = β.S0.ΔӨ

Onde:
β é o coeficiente de dilatação superficial do material e vale: β = 2α
S₀ é a área inicial da superfície

Para a dilatação volumétrica ΔV

ΔV = γ.V0.ΔӨ

Onde:
γ é o coeficiente de dilatação volumétrica do material e vale: γ = 3α
V₀ é o volume inicial do corpo