Enunciado
Física - Moysés - Vol. 2 - Ed: 4º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 8
Para construir um termômetro de leitura fácil, do ponto de vista prática (Problema 7), acopla-se um tubo capilar de vidro a um reservatório numa extremidade do tubo. Suponha que, à temperatura , o mercúrio está todo contido no reservatório, de volume , e o diâmetro do capilar é . (a) Calcule a altura do mercúrio no capilar a uma temperatura (figura). (b) Para um volume do reservatório , calcule qual deve ser o diâmetro do capilar em para que a coluna de mercúrio suba de quando a temperatura aumenta de . Tome para o vidro e para o mercúrio.
Passo 1
(a) Vamos começar escrevendo uma fórmula para o volume total de líquido no recipiente:
Esse volume vai estar distribuído pelo tubo, cujas dimensões também estão variando!
De qualquer forma, o volume de líquido sempre vão obedecer a essa relação:
Passo 2
O volume no reservatório (que fica sempre cheio) vai variar de acordo com o triplo do coeficiente de dilatação linear:
Já o volume líquido no capilar vai depender da área da secção e da altura preenchida:
E o diâmetro vai dilatar de acordo com o coeficiente :
Então:
Passo 3
Nosso objetivo é calcular a variação da altura em função da temperatura, então vamos isolar na nossa fórmula:
Vamos colocar em evidência do lado esquerdo da equação:
E como é um número muito pequeno, nós podemos fazer a seguinte aproximação:
Então:
Onde usamos .
Passo 4
(b) Agora queremos calcular o valor de dados , , e .
Só precisamos reorganizar um pouco a fórmula que acabamos de encontrar:
Então, usando todos os comprimentos em centímetros:
Convertendo para milímetros:
Resposta
(a) A altura é dada por .
(b) O diâmetro do capilar deve ser .