Grade 9
  1. Mecânica  1.1. Movimento  1.1.1. Tipos de movimento  1.1.2. Distância e deslocamento  1.1.3. Velocidade e Velocidade  1.1.4. Aceleração  1.1.5. Representação gráfica do movimento  1.1.6. Equações do movimento  1.1.7. Movimento uniforme e não uniforme  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Velocidade relativa  1.1.10. Movimento circular  1.2. Leis da força e movimento  1.2.1. O conceito de força  1.2.2. A primeira lei do movimento de Newton  1.2.3. Segunda lei do movimento de Newton  1.2.4. Terceira Lei de Newton do Movimento  1.2.5. Inércia e tipos de inércia  1.2.6. Movimento  1.2.7. Conservação do momento  1.2.8. Aplicação das leis de Newton na vida cotidiana  1.2.9. Tipos de Forças (Contato e Não Contato)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Força Gravicional  1.3.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.3.2. Importância da Força Gravitacional  1.3.3. Aceleração devido à gravidade  1.3.4. Queda livre e ausência de peso  1.3.5. Massa e peso  1.3.6. Variação de g com altura e profundidade  1.3.7. Leis do movimento planetário de Kepler  1.3.8. Satélites e suas órbitas  1.4. Trabalho, Energia e Potência  1.4.1. Conceito de trabalho  1.4.2. Ações positivas e negativas  1.4.3. Trabalho realizado por força constante e variável  1.4.4. Energia e suas formas  1.4.5. Kinetic energy and potential energy  1.4.6. Lei da conservação de energia  1.4.8. Unidade comercial de energia  1.4.9. Teorema Trabalho-Energia  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Mechanical advantage  1.5.3. Eficiência das máquinas  1.5.4. Alavancas e seus tipos  1.5.5. Polias e Planos Inclinados  1.5.6. Engrenagens e seus usos
  2. Propriedades da matéria  2.1. Estados da matéria  2.1.1. Sólidos, líquidos e gases  2.1.2. Propriedades dos diferentes estados da matéria  2.1.3. Mudança no estado da matéria  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidade e pressão  2.2.1. Conceito de densidade e densidade relativa  2.2.2. Pressão em sólidos, líquidos e gases  2.2.3. Lei de Pascal e suas Aplicações  2.2.4. Pressão atmosférica e suas variações  2.2.5. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Flutuabilidade e o princípio de Arquimedes  2.3.1. Força de flutuabilidade  2.3.2. Princípio de Arquimedes  2.3.3. Aplicações do Princípio de Arquimedes  2.3.4. Objetos flutuantes e afundantes  2.3.5. Teoria da Flotação e Princípio de Arquimedes
  3. Calor e Termodinâmica  3.1. Temperatura e calor  3.1.1. Conceito de calor e temperatura  3.1.2. Medição de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condução de calor  3.2.2. Convecção de calor  3.2.3. radiação de calor  3.2.4. Aplicações da transferência de calor  3.2.5. Condutividade térmica  3.3. Expansão térmica  3.3.1. Expansão de sólidos, líquidos e gases  3.3.2. Expansão anômala da água  3.3.3. Aplicações da Expansão Térmica  3.4. Capacidade calorífica específica e calor latente  3.4.1. Conceito de capacidade calorífica específica  3.4.2. Medição e aplicações do calor específico  3.4.3. Calor latente de fusão e vaporização  3.4.4. Motores Térmicos e Eficiência
  4. Ondas e som  4.1. Ondas e seus tipos  4.1.1. Ondas mecânicas e eletromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinais e Transversais  4.1.3. Propriedades das Ondas  4.1.4. Comprimento de onda, frequência e velocidade da onda  4.1.5. Superposição de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Natureza e transmissão do som  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Reflexão do som e eco  4.2.4. Sonar e ultrassom  4.2.5. Ressonância e pulsação  4.3. Características do som  4.3.1. Intensidade, volume e qualidade do som  4.3.2. Efeito Doppler no som
  5. Iluminação e Óptica  5.1. Reflexão da luz  5.1.1. Leis da reflexão  5.1.2. Reflexão em um espelho plano  5.1.3. Reflexão em um espelho esférico  5.1.4. Formação de imagem por espelhos côncavos e convexos  5.1.5. Aplicações da Reflexão  5.2. Refração da luz  5.2.1. Leis da refração  5.2.2. Índice de refração  5.2.3. Refração através de uma placa de vidro  5.2.4. Refração na água e no ar  5.2.5. Lentes e seus tipos  5.2.6. Formação de imagens por lentes convexas e côncavas  5.2.7. Reflexão interna total e suas aplicações  5.3. Dispersão e espalhamento de luz  5.3.1. Espectro da luz branca  5.3.2. Prismas e Dispersão  5.3.3. Efeito Tyndall e céu azul
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Carga elétrica e eletricidade estática  6.1.1. O conceito de carga elétrica  6.1.2. Carregamento por fricção, contato e indução  6.1.3. Eletroscópio e seu funcionamento  6.2. Corrente Elétrica  6.2.1. O conceito de corrente elétrica  6.2.2. Lei de Ohm e Resistência  6.2.3. Fatores que afetam a resistência  6.2.4. Circuitos em Série e Paralelo  6.2.5. Efeito térmico da corrente elétrica  6.2.6. Potência e energia elétrica  6.3. Magnetismo  6.3.1. Ímãs naturais e artificiais  6.3.2. Propriedades dos ímãs  6.3.3. Magnetismo da Terra  6.3.4. Campo magnético e linhas de campo  6.3.5. Eletroímãs e suas aplicações
  7. Física Moderna  7.1. estrutura do átomo  7.1.1. Estrutura Atômica e Partículas Subatômicas  7.1.2. Elétrons, Prótons e Nêutrons  7.1.3. Modelo de Rutherford e Bohr  7.2. Radioatividade  7.2.1. Tipos de emissões radioativas  7.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  7.2.3. Usos e perigos da radioatividade
  8. Ciência espacial e astronomia  8.1. O universo e seus componentes  8.1.1. Estrelas e galáxias  8.1.2. Planetas e Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturais e artificiais  8.2.2. Uso de satélites

Grade 9 → Calor e Termodinâmica → Expansão térmica ↓


Aplicações da Expansão Térmica


A expansão térmica é um conceito fundamental na física que descreve como as substâncias mudam de tamanho em resposta a alterações de temperatura. Esse fenômeno ocorre porque as partículas dentro de uma substância se movem mais rapidamente quando aquecidas, fazendo com que a substância se expanda. Compreender a expansão térmica é importante em muitos campos e tem muitas aplicações práticas. Vamos examinar essas aplicações em detalhe.

Trilhos de trem

Uma aplicação importante da expansão térmica é vista no projeto e manutenção de trilhos de trem. Os trilhos de trem são feitos de longos trilhos de aço. À medida que a temperatura aumenta, o aço se expande. Se não houver espaço suficiente para acomodar essa expansão, os trilhos podem se dobrar ou se deformar, criando condições perigosas para os trens.

Trilho Ferroviário (frio) Trilho Ferroviário (quente)

Para evitar problemas causados pela expansão térmica, os engenheiros deixam pequenos espaços entre os trilhos. Esses espaços permitem que os trilhos se expandam no tempo quente sem danificar a linha. Essa medida preventiva é um exemplo de aplicação do conhecimento de expansão térmica para manter a segurança e a funcionalidade.

Pontes

As pontes são outra estrutura onde a expansão térmica é considerada durante o projeto. Como as pontes são frequentemente feitas de metal e concreto, elas podem expandir e contrair com alterações de temperatura. Sem um projeto adequado, essas expansões podem causar danos estruturais ou falhas.

Os engenheiros instalam juntas de dilatação nas pontes. Essas são pequenas divisões na estrutura que permitem que partes da ponte se movam ligeiramente quando as temperaturas mudam. As juntas absorvem a expansão e a contração, reduzindo a tensão em toda a ponte.

Ponte junta de dilatação

As juntas de dilatação, assim, garantem a estabilidade e longevidade das pontes, tornando-as essenciais para o projeto seguro de pontes.

Construção de edifícios

Assim como pontes e ferrovias, os edifícios se expandem e contraem com as oscilações de temperatura. Na construção, alguns materiais se expandem mais que outros. Por exemplo, o aço se expande mais que o concreto. Equilibrar essas diferenças é importante na arquitetura.

Os construtores acomodam essas variações de várias maneiras. Um exemplo é o uso de diferentes materiais que complementam as propriedades de expansão térmica uns dos outros. Além disso, assim como nas pontes, podem ser incluídas juntas de dilatação para evitar rachaduras ou outros problemas estruturais.

Termostato

A expansão térmica não é importante apenas em grandes estruturas; ela também se aplica em dispositivos domésticos cotidianos, como termostatos. Um tipo comum de termostato usa uma tira bimetálica, que consiste em dois metais diferentes unidos. Esses metais se expandem em taxas diferentes quando aquecidos.

Tira Bimetálica a Frio tira bimetálica quente

À medida que as temperaturas mudam, a tira se dobra porque um metal se expande mais que o outro. Essa flexão pode abrir ou fechar um circuito elétrico, ligando ou desligando um sistema de aquecimento ou resfriamento. Assim, a expansão térmica desempenha um papel importante na regulação das temperaturas dentro das casas.

Termômetro

Termômetros tradicionais de mercúrio ou álcool também dependem da expansão térmica. À medida que a temperatura sobe, o líquido dentro do termômetro se expande e sobe no tubo de vidro. A altura a que ele sobe indica a temperatura.

A física por trás disso é simples. O aumento no volume de um fluido, que é proporcional à temperatura, ocorre porque as partículas dentro do fluido se movem mais rapidamente e se expandem quando aquecidas.

        ΔV = βV₀ΔT
    ΔV = βV₀ΔT

Aqui, ΔV é a mudança no volume, β é o coeficiente de expansão volumétrica, V₀ é o volume original e ΔT é a mudança de temperatura.

Utensílios de cozinha

Também é usado diariamente em utensílios de cozinha. Panelas e frigideiras se expandem quando aquecidas. Com isso em mente, os fabricantes projetam as tampas ligeiramente maiores que as próprias panelas para garantir que ainda se encaixem quando as panelas se expandirem com o calor.

Fabricação de vidro

A expansão térmica é uma consideração importante na fabricação de vidro, especialmente em produtos que exigem formas e medições precisas, como lentes de óculos e vidraria científica. Se o vidro for aquecido ou resfriado muito rapidamente, ele pode se expandir de forma desigual ou quebrar.

Dutos

Dutos de petróleo e gás, que frequentemente percorrem longas distâncias, estão sujeitos a mudanças de temperatura. Os engenheiros precisam projetar esses dutos para acomodar a expansão térmica e contração para evitar rupturas ou vazamentos.

Linhas de energia elétrica

As linhas de energia, que se expandem e contraem com mudanças de temperatura, pendem com uma certa quantidade de folga. Essa folga compensa a expansão no verão e a contração no inverno, evitando que as linhas se rompam ou afundem demais.

Linha de energia (frio) Linha de energia (quente)

Relógios

A precisão do tempo pode ser afetada pela expansão térmica. Por exemplo, em relógios de pêndulo, mudanças de temperatura podem afetar o comprimento do pêndulo. Um pêndulo mais longo oscila mais lentamente, fazendo o relógio perder tempo. Os relojoeiros frequentemente usam materiais com um coeficiente de expansão muito baixo para minimizar esse efeito.

Criogenia e materiais supercondutores

Na criogenia e na ciência dos materiais, entender e controlar a expansão térmica é importante, especialmente para materiais que passam por grandes variações de temperatura. Por exemplo, materiais supercondutores devem permanecer abaixo de certas temperaturas para manter suas propriedades. Mudanças no volume devido à expansão térmica podem afetar essas condições e seu desempenho geral.

Conclusão

A expansão térmica afeta muitas áreas, desde objetos cotidianos até sistemas tecnológicos complexos. Ao integrar a compreensão desse princípio em estratégias de projeto e manutenção, engenheiros e cientistas podem otimizar a funcionalidade e a segurança. Este princípio de calor e termodinâmica é um testemunho do delicado equilíbrio das forças naturais e da engenhosidade da engenharia.


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