Enunciado
Física - Moysés - Vol. 2 - Ed: 4º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 7
Um tubo cilíndrico delgado de secção uniforme, feito de um material de coeficiente de dilatação linear , contém um líquido de coeficiente de dilatação volumétrica . À temperatura , a altura da coluna líquida é . (a) Qual é a variação de altura da coluna quando a tempratura sobre de ? (b) Se o tubo é de vidro () e o líquido é mercúrio (), mostre que este sistema não constitui um bom termômetro, do ponto de vista prático, calculando para .
Passo 1
A qualquer momento, a altura da coluna de líquido depende da área da base do cilindro:
Conforme a temperatura aumenta, tanto o volume do líquido quanto a área da base do cilindro aumentam.
E o coeficiente de dilatação superficial do cilindro é o dobro do coeficiente de dilatação linear, então:
Se a altura inicial da coluna era , temos:
Passo 2
Conforme a temperatura aumenta, temos:
Substituindo com as fórmulas do passo anterior:
E como :
Então a variação da altura da coluna é:
Queremos calcular essa variação quando :
Como e são valores muito pequenos, o denominador vai ser muito próximo de , por isso podemos aproximar:
Passo 3
(b) Agora vamos considerar o que acontece quando:
Usando a nossa fórmula de antes, a variação de altura quando :
Ou seja, o termômetro seria muito pouco sensível! A altura iria variar em centésimos de milímetros para um aumento de na temperatura.
Resposta
(a) A variação de altura é dada por .
(c) Nesse caso, teríamos