1.1 efectos de la variación de temperatura en los cuerpos · 1. dilatación y contracción 1.1...
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1. Dilatación y contracción
1.1 Efectos de la variación de temperatura en los cuerpos
Al variar la temperatura de un cuerpo son varios los efectos que este puede
experimentar. Algunos de ellos son: los cambios de fase, la incandescencia,
deformación, el aumento de tamaño (dilatación) o la disminución de tamaño
(contracción).
Botellas deformadas por calorCambios de fase
Metal fundido
incandescente
Falla producida por dilatación
Chocolate fundido
por calor
1. Dilatación y contracción
1.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos
Dentro de los efectos mencionados, nos detendremos en los cambios de tamaño
que experimentan los cuerpos cuando varía su temperatura, es decir,
estudiaremos la dilatación y contracción.
Cuerpos lineales
En la naturaleza todos los cuerpos poseen 3 dimensiones: alto, largo y ancho.
Sin embargo, en algunos cuerpos una (o dos) de esas dimensiones puede ser
mucho menor y, por tanto, despreciable respecto de las demás. Por ejemplo, en
un alambre delgado y largo, el alto y el ancho, comparados con su longitud,
pueden llegar a ser dimensiones despreciables.
Cuando un cuerpo posee una sola dimensión importante, siendo las otras dos
despreciables respecto de la primera, se dice que es un cuerpo “lineal”.
Un alambre es un cuerpo “lineal” En los cuerpos lineales,
nos fijamos solo en su
longitud.
1. Dilatación y contracción
Cuerpos superficiales
En cambio, otros cuerpos poseen dos dimensiones importantes (largo y ancho),
siendo la tercera (alto) despreciable respecto de las otras dos; en este caso se
dice que el cuerpo es “superficial”.
Una lámina, una hoja o una membrana, son cuerpos “superficiales”
En los cuerpos
superficiales, nos
interesa solo la superficie
del cuerpo.
1.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos
1. Dilatación y contracción
Cuerpos volumétricos
Cuando todas las dimensiones de un cuerpo son relevantes, no existiendo
dimensiones despreciables respecto de las demás, entonces se dice que el
cuerpo es “volumétrico”.
Un cubo, un cilindro, un balón de futbol y un microondas, son cuerpos “volumétricos”.
En los objetos volumétricos,
todas las dimensiones del
cuerpo son relevantes y, por lo
tanto, nos interesa su volumen.
1.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos
1. Dilatación y contracción
1.3 Dilatación – contracción de cuerpos lineales
Dilatación - contracción lineal
En general, al variar la temperatura de un cuerpo lineal, su longitud cambiará
aumentando si esta se eleva, o disminuyendo si esta decrece. Así, el cuerpo se
dilatará al calentarse, y se contraerá al enfriarse.
Por ejemplo: en un riel de ferrocarril.
iL L T
LiL
Juntas de dilatación: son
espacios que permiten la
dilatación y contracción en
las estructuras.
1. Dilatación y contracción
iS S T
S
iS
1.4 Dilatación – contracción de cuerpos superficiales
Dilatación - contracción superficial
En general, al variar la temperatura de un cuerpo superficial su área o superficie
cambiará, dilatándose al calentarse o contrayéndose al enfriarse.
Por ejemplo: en una lámina delgada de metal. Las estructuras deben tener
espacio suficiente para dilatarse,
de lo contrario, pueden colapsar.
1. Dilatación y contracción
Dilatación volumétrica
La dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo; todo el cuerpo “crece
o se encoge” al variar su temperatura.
Por ejemplo: en un cubo de metal.
iV V T
iV
V¿Sabías que la torre
Eiffel crece 6 [cm] en
los veranos?
1.5 Dilatación – contracción de cuerpos volumétricos
2. Anomalía del agua
2.1 El agua, una excepción
Como acabamos de ver, en general los materiales se dilatan cuando se calientan y se
contraen cuando se enfrían. Sin embargo, cuando enfriamos agua, a partir de los
4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga disminuyendo.
Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comenzará a
contraerse, al contrario de lo esperado; esto sucederá así hasta los 4 [ºC]. A partir de
esta temperatura, el agua comienza a comportarse de manera “normal”, es decir, se
dilatará al calentarse y se contraerá al enfriarse.
Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los
0 [ºC] y los 4 [ºC]. Volumen v/s temperatura Densidad v/s temperatura
Den
sid
ad (
g/m
L)
Temperatura (ºC)
2. Anomalía del agua
2.2 Dos fenómenos curiosos
Normalmente, un material en estado sólido es más
denso que en estado líquido, por lo que un sólido se
hunde en su propio líquido.
Sin embargo, ¡el hielo flota en el agua!....¿por qué?
Si ponemos agua en una botella y la dejamos en el
congelador a 0 [ºC], veremos que todo el volumen
de agua se congela.
Sin embargo, en los lagos de zonas muy frías, aun
cuando la temperatura en invierno puede alcanzar
varias decenas de grados bajo cero, solo se
congela la capa superior del agua. ¿Por qué no se
congela el lago completo? ¿Qué importancia puede
tener este fenómeno?