(UEMA) Um bloco encontra-se sobre uma plataforma, inicialmente horizontal, apoiada sobre duas barras verticais, sendo uma de cobre (coeficiente de dilatação linear igual a 16 cdot 10^-6 ^circ C^-1 ) e a outra de ferro (coeficiente a dilatação linear igual a 13 cdot 10^-6 ^circ C^-1 ). Se o coeficiente de atrito estático entre o bloco e a plataforma é igual a 0,003 , determine a variação de temperatura necessária pra iniciar o deslizamento do bloco sobre a plataforma.

Passo 1

Beleza! Vamos lá: temos um bloco sobre uma plataforma apoiada por duas barras, uma de cobre e outra de ferro. A ideia é descobrir qual variação de temperatura é necessária para que o bloco comece a deslizar. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de dilatação térmica linear e força de atrito estático.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é o coeficiente de dilatação linear. Ele nos diz o quanto um material se expande ou contrai quando há uma mudança na temperatura. A fórmula para calcular a dilatação linear ( De) é:
Onde:
  • é o comprimento inicial
  • é o coeficiente de dilatação linear
  • é a variação de temperatura

Passo 3

Como temos duas barras de materiais diferentes, cobre e ferro, vamos calcular a diferença na dilatação entre elas. Essa diferença vai gerar uma força que pode fazer o bloco deslizar.
A variação de dilatação para cada material será:
De
De
A diferença na dilatação ( De) é:

Passo 4

Essa diferença de dilatação gera uma força ( F = k cdot De) no bloco. Para relacionar essa diferença com a força, precisamos considerar que a expansão desigual provoca um desbalanceamento que resulta em uma força restauradora.
A força pode ser expressa como:
Onde é uma constante que depende das características do sistema (como rigidez das barras e peso do bloco). No entanto, para simplificar, podemos relacionar diretamente a diferença de dilatação com a força de atrito que precisa ser superada para o deslizamento.

Passo 5

Para que o bloco deslize, a força gerada pela diferença de dilatação deve ser igual ou maior que a força de atrito estático ( F >= Fatrito = mus cdot N ):
k cdot L0 cdot (alphacobre - alphaferro) cdot De
Onde:
  • De é o coeficiente de atrito estático
  • é a força normal, que geralmente é igual ao peso do bloco ( )
Igualando as forças:
Isolando :
Como representa a rigidez do sistema, e sem valores específicos, entendemos que a variação de temperatura necessária depende diretamente dos coeficientes de dilatação e da força de atrito.

Resposta

A variação de temperatura necessária para iniciar o deslizamento do bloco sobre a plataforma é dada por:
De
Para calcular um valor numérico específico, precisaríamos dos valores de massa , comprimento inicial e a constante do sistema. Com esses dados, basta substituir na fórmula acima para encontrar .

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