dilatacion de solidos
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS
ESPE SEDE LATACUNGA
PREPARATORIO DE LABORATORIO DE FISICA
DATOS INFORMATIVOS: CALIFICACIN:
Docente: Ing. Diego O. Proao M. Msc.
Estudiante o integrantes:
VARGAS CORRALES CARLOS EDUARDO
MATERIA: FSICA II
Fecha de realizacin de la prctica: viernes 30 de mayo del 2014
Fecha de entrega de la prctica: lunes 09 de junio del 2014
LATACUNGA - ECUADOR
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
1. Tema: DILATACIN DE SOLIDOS
2. Objetivos
- Objetivo General:
Determinar y analizar los tipos de dilatacin de slidos.
- Objetivos Especficos:
Identificar los factores de dilatacin de los slidos, para ver las caractersticas de
dilatacin de cada cuerpo
Determinar cul metal de la prctica se dilata ms que los dems, adems de
determinar sus caractersticas
Usar de manera adecuada los instrumentos del laboratorio, en especial el
regulador pie de rey, para que los datos tomados sean correctos
Aplicar las formulas y condiciones de dilatacin de los slidos para poder
realizar correctamente los clculos necesarios
3. Marco Terico
DILATACIN DE SOLIDOS
Casi todos los slidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al
enfriarse. Esta dilatacin o contraccin es pequea, pero sus consecuencias son
importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0 a 50 podr aumentar
unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarn tensiones sumamente
peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustracin. En las
vas del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razn; este
intersticio es el causante del traqueteo de los vagones.
Ms abajo se muestra una tabla de dilatacin de algunas sustancias. Conocido el
coeficiente de dilatacin es necesario multiplicarlo por el nmero de centmetros y por el
nmero de grados, para saber cul ser la extensin total del slido en las condiciones
que deber soportar. En otras palabras, si el slido tiene 1,50 m. y la variacin de
temperatura es de 30 habr que multiplicar ese coeficiente tan pequeo por 150 y por 30
a fin de conocer su dilatacin total en centmetros.
Coeficientes de dilatacin lineal (por coda grado de temperatura y centmetro de longitud)
POR QU SE DILATAN LAS SUSTANCIAS CON LA TEMPERATURA?
La temperatura no es ms que la expresin del grado de agitacin de las partculas o
molculas de una sustancia. Cuando se da calor a un slido se est dando energa a sus
molculas; stas, estimuladas, vibran ms enrgicamente. Es cierto que no varan de
volumen; pero se labran un espacio ms grande para su mayor oscilacin, de manera que
al aumentar la distancia entre molcula y molcula el slido concluye por dilatarse. La
fuerza que se ejerce en estos casos es enorme.
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
ALGUNAS APLICACIONES
La dilatacin trmica puede aprovecharse. El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces
ms que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la
calentamos, la mayor dilatacin del aluminio har que la barra se doble hacia un lado; y
si la enfriamos ocurrir exactamente al contrario. Habremos fabricado as un termmetro
que puede sealarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato, como muestra
la ilustracin.
La dilatacin tiene aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su
camisa. Para colocarlo se lo enfra en oxgeno lquido; se lo coloca mientras est
contrado, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en
su lugar.
Existen as muchos disyuntores, que cortan la corriente elctrica, o aparatos que
desencadenan algn otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crtico.
MEDIDA DE LA DILATACIN
En la figura se ilustra el aparato que se utiliza para determinar la dilatacin lineal. En
esencia consiste en calentar una barra de longitud conocida hasta una temperatura
determinada y medir cunto se ha dilatado. La dilatacin superficial ser el doble de la
lineal y la dilatacin en volumen el triple de sta. La razn es muy sencilla: si el cuerpo
tiene longitud uno, y llamamos a la dilatacin d", la longitud dilatada ser l + d; la
superficie una vez dilatada ser 1 + 2d + d, pero d es tan pequeo que no se tiene en
cuenta; y lo mismo ocurrir para el volumen, cuya frmula es l+3d+3d+d3, puesto que
los dos ltimos trminos son tan pequeos que tampoco se los tiene. en cuenta. Conviene
recordar esta eliminacin de cantidades inapreciables para muchas otras aplicaciones,
como el clculo de errores.
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
La dilatacin lineal es aquella en la cual predomina la variacin en una nica dimensin,
o sea, en el ancho, largo o altura del cuerpo.
Para estudiar este tipo de dilatacin, imaginemos una barra metlica de longitud inicial
L0 y temperatura 0.
Si calentamos esa barra hasta que la misma sufra una variacin de temperatura ,
notaremos que su longitud pasa a ser igual a L (conforme podemos ver en la siguiente
figura):
Matemticamente podemos decir que la dilatacin es:
Pero si aumentamos el calentamiento, de forma de doblar la variacin de temperatura, o
sea, 2, entonces observaremos que la dilatacin ser el doble (2 L).
Podemos concluir que la dilatacin es directamente proporcional a la variacin de
temperatura.
Imaginemos dos barras del mismo material, pero de longitudes diferentes. Cuando
calentamos estas barras, notaremos que la mayor se dilatar ms que la menor.
Podemos concluir que, la dilatacin es directamente proporcional al largo inicial de las
barras.
Cuando calentamos igualmente dos barras de igual longitud, pero de materiales
diferentes, notaremos que la dilatacin ser diferentes en las barras.
Podemos concluir que la dilatacin depende del material (sustancia) de la barra.
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
De los tems anteriores podemos escribir que la dilatacin lineal es:
Dnde:
L0 = longitud inicial.
L = longitud final.
L = dilatacin (DL > 0) contraccin (DL < 0)
= 0 (variacin de la temperatura)
= es una constante de proporcionalidad caracterstica del material que constituye la
barra, denominada como coeficiente de dilatacin trmica lineal.
De las ecuaciones I y II tendremos:
La ecuacin de la longitud final L = L0 (1 + . ), corresponde a una ecuacin de 1
grado y por tanto, su grfico ser una recta inclinada, donde:
L = f () ==> L = L0 (1 + . ).
Observaciones:
Todos Los coeficientes de dilatacin sean , ou , tienen como unidad:
(Temperatura)-1 ==> C-1
DILATACIN SUPERFICIAL
Es aquella en que predomina la variacin en dos dimensiones, o sea, la variacin del rea
del cuerpo
Para estudiar este tipo de dilatacin, podemos imaginar una placa metlica de rea
inicial S0 y temperatura inicial 0. Si la calentramos hasta la temperatura final , su rea
pasar a tener un valor final igual a S.
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
La dilatacin superficial ocurre de forma anloga a la de la dilatacin lineal; por tanto
podemos obtener las siguientes ecuaciones:
Observaciones:
Todos Los coeficientes de dilatacin sean , o , tienen como unidad:
(Temperatura)-1 ==> C-1
DILATACIN VOLUMTRICA
Es aquella en que predomina la variacin en tres dimensiones, o sea, la variacin del
volumen del cuerpo.
Para estudiar este tipo de dilatacin, podemos imaginar un cubo metlico de volumen
inicial V0 y la temperatura inicial 0. Si lo calentamos hasta la temperatura final, su
volumen pasar a tener un valor final igual a V.
La dilatacin volumtrica ocurri de forma anloga a la de la dilatacin lineal; por tanto
podemos obtener las siguientes ecuaciones:
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
Coeficiente de dilatacin
El coeficiente de dilatacin es el cociente que mide el cambio relativo
de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo slido o un fluido dentro de un
recipiente cambia de temperatura provocando una dilatacin trmica.
De forma general, durante una transferencia de calor, la energa que est almacenada en
los enlaces intermoleculares entre dos tomos cambia. Cuando la energa almacenada
aumenta, tambin lo hace la longitud de estos enlaces. As, los slidos normalmente se
expanden al calentarse y se contraen al enfriarse;1 este comportamiento de respuesta ante
la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatacin trmica (tpicamente
expresado en unidades de C-1):
4.- Materiales:
Material
y/o Equipo
Cdigo Canti
dad
Caracterstic
as
Figura
Trpode
variable
02001.00 1 1 Sirve de base ,
para prcticas
de laboratorio
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Varilla
soporte,
250mm
02031.00 1 1 Es de metal, y
ayuda de
soporte para
algunos
instrumentos
de laboratorio
Varilla
soporte,
600mm
02037.00 2 1 Ayuda de
soprte
horizontal,
para el matraz
Nuez doble 02043.00 3 1 Ayuda a
mantener
sujeta la
varilla de
soporte que
asegura el
matraz
Aro con
nuez
37704.01 1 1 Ayuda a sujer
ciertos
instrumentos
de
laboriatorio
Rejilla con
porcelana
33287.01 1 1 Ayuda a que el
vaso de
precipitacin
no sea
expuesto
directamente
al calor
Pinza
universal
37715.00 1 1 Sirve de
sujetador para
el matraz
cualquier
instrumento de
laboratorio
Tubos de
metal, juego
de 3
1 Tubos de
diferentes
tipos de
metales que se
utilizan para el
anlisis de
dilataciones
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Vaso de
precipitados
, 250 ml
vidrio
36011.01 1 1 Vaso de
vidrio que
resiste altas
temperaturas,
se usa para
calentar
elementos
Matraz
Erlenmeyer,
100ml SB
29
36428.00 1 1 Se utiliza para
el armado de
aparatos de
destilacin o
para hacer
reaccionar
sustancias que
necesitan un
largo
calentamiento.
Tubo de
vidrio,
80mm
36701.651 1 Sirve para que
el liquido que
se dilate suba
por este y as
medir su
dilatacin
lineal
Tapn de
goma con 1
orificios
29258.01 1 1 Permite que
no se libere el
vapor o el
lquido, para
asi tener una
pratica precisa
Tubo
flexible
transparente
, 7 x 1.5
39296.001 1 Permite el
paso del vapor
del agua hacia
las varillas que
se vana a
dilatar
Termmetro
38005.02 1
1 Ayuda a medir
la temperatura
de la sustancia
que se esta
dilatando
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Cinta
mtrica, 2m
09936.00 1 1 Ayuda a
tomar las
variaciones de
longitud en la
dilatacin de
cada sustancia
Cocina
elctrica
820189600 1 De metal,
color
blanquecino
nos ayuda a
calentar
lquidos
mediante una
malla y un
recipiente.
Cinta
adhesiva
Sin cdigo 1 Ayuda a
asegurar el
termmetro en
el tapon para
evitar que el
liquido interno
salga del
matraz
Agua Sin codigo 120ml
Liquido
necesario para
la vida y con
caractersticas
especiales
Rodelas Sin codigo 3 Elemento
circular que
ayuda al ajuste
de un perno
Pernos Sin codigo 3 Elemento de
metal, con
rosca
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Tuercas Sin codigo 3 Elemento que
encajan
perfectamente
en los pernos
Esferas Sin codigo 3 Esferas de
metal, de
diferentes
diametros
Calibrador
pie de rey
Sin codigo 1 Permite tomar
medidas con
mucha
presision
5. Grfico o esquema:
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6. Procedimiento
De montaje:
1. Armamos el esquema de la figura 1 teniendo en cuenta que colocamos de 100 ml a 120 ml de agua en el matraz.
2. Tomamos lecturas de longitudes iniciales de los cuerpos y llenamos las tablas.
3. Encendemos la cocina elctrica. 4. Sometemos al calor los elementos constitutivos al anlisis de dilataciones. 5. Tomamos lecturas de longitudes finales
De utilizacin:
Dilataciones Lineales:
1. Colocamos de 100 ml a 120 ml de agua en el matraz. 2. Tapamos el matraz con el tapn de 1 orificio. 3. Colocamos el tubo de vidrio de 10 cm en el tapon. 4. Colocamos la varilla de Cu, Al, Fe en las doble nuez ( una varilla a la vez) 5. Colocamos la manguera al tubo de vidrio y a cada varilla. 6. Tomamos las longitudes iniciales de las varillas en cada tabla
correspondiente con sus respectivas temperaturas iniciales del largo asi
como el dimetro interno y extremos de cada varilla.
7. Encendemos la cocina y darse cuenta que el vapor de agua que se genera se transmite uniformemente a cada varilla y se produce el fenmeno de la
dilatacin.
8. Tomar las longitudes finales tanto del largo como del dimetro externo e interno.
Dilataciones Superficiales:
1. Tomamos las medidas de las turcas, pernos y rodelas y su temperatura inicial.
2. Identificar que la rodela y la tuerca embonen y enrosquen con facilidad al perno.
3. Encendemos la cocina elctrica. 4. Colocamos solamente la tuerca al calor. 5. Tomamos las nuevas medidas de la tuerca y tratamos de enroscar la tuerca
al perno.
6. Luego sometemos al calor a la tuerca y a la rodela. 7. Tomamos las nuevas medidas de la tuerca y rodela. 8. Tratamos de embonar la rodela al perno y enroscar la tuerca al perno. 9. Luego sometemos al calor a la tuerca, rodela y el perno. 10. Tratamos de embonar la rodela al perno y enroscar la tuerca al perno.
Dilataciones Volumtricas:
1. Tomamos las medidas de los tres cubos Cu, Al, Fe (ancho, largo y profundidad) y su temperatura inicial.
2. Encendemos la cocina elctrica. 3. Colocamos cada cubo directamente al calor. 4. Tomamos las nuevas medidas y las anotamos en las tablas.
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7. Tabla de datos DILATACIONES LINEALES
Ensayo 1 Elemento:Varilla Material:Aleacin Cobre(Cu)-Zinc(Zn)
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Longitud inicial L lo 57.6 mm
Dimetro inicial interno L doi 5.6 mm
Dimetro inicial externo L doe 8.2 mm
Temperatura inicial To 21 Coeficiente de dilatacin 1 2.1 105 1
Longitud final L lf 57.9 mm
Dimetro final interno L dfi 5.2 mm
Dimetro final externo L dfe 8.24 mm
Ensayo 2 Elemento:Varilla Material: Hierro(Fe)
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Longitud inicial L lo 57.7 mm
Dimetro inicial interno L doi 5.7 mm
Dimetro inicial externo L doe 8.2 mm
Temperatura inicial To 19 Coeficiente de dilatacin 1 12 106 1
Longitud final L lf 58.0 mm
Dimetro final interno L dfi 5.56 mm
Dimetro final externo L dfe 8.22 mm
Ensayo 3 Elemento: Varilla Material: Aluminio(Al)
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Longitud inicial L lo 57.8 mm
Dimetro inicial interno L doi 5.6 mm
Dimetro inicial externo L doe 8.12 mm
Temperatura inicial To 22 Coeficiente de dilatacin 1 23 106 1
Longitud final L lf 58.5 mm
Dimetro final interno L dfi 5.5 mm
Dimetro final externo L dfe 8.24 mm
DILATACIONES SUPERFICIALES
Ensayo 4
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Superficie inicial
Perno
L2 Sop 29.70572 mm2
Superficie inicial
Turca
L2 Sot 107.99771 mm2
Superficie inicial
Rodela
L2 Sor 130.90034 mm2
Temperatura inicial
Perno Top 22
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Temperatura inicial
Tuerca Tot 25
Temperatura inicial
Rodela Tor 25.5
Superficie final
Perno Sfp 29.8024 mm2
Superficie final
Turca
L2 Sft 117.09929 mm2
Superficie final
Rodela
L2 Sfr 137.22476 mm2
Coeficiente de dilatacin
del perno
2 12106 1
Coeficiente de dilatacin
del tuerca
2 12106 1
Coeficiente de dilatacin
del rodela
2 12106 1
DILATACIONES VOLUMTRICAS
Ensayo 5 Elemento:Cubo Material:Aleacion Cu-Zn
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Volumen inicial L3 Vo 6800 mm3
Temperatura inicial To 24 Coeficiente de dilatacin 1 3 63 106 1
Volumen final L3 Vf 6832.4513 mm3
Ensayo 6 Elemento: Cubo Material: Hierro (Fe)
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Volumen inicial L3 Vo 8000 mm3
Temperatura inicial To 23 Coeficiente de dilatacin 1 3 36 106 1
Volumen final L3 Vf 8036.05 mm3
Ensayo 7 Elemento: Cubo Material: Aluminio
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Volumen inicial L3 Vo 22400 mm3
Temperatura inicial To 22 Coeficiente de dilatacin 1 3 69 106 1
Volumen final L3 Vf 22558.74 mm3
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8. Clculos DILATACIONES LINEALES
Ensayo 1
= 0 o = 0 (1 + )
= = 57.9 57.6 = 0.3
= = + = 248.015 + 21 = 269.015
= 0
=
0 =
0.3
57.6 2.1 105= 248.015
Ensayo 2
= = 58 57.7 = 0.3
= = + = 433.2755 + 19 = 452.27
= 0
=
0 =
0.3
57.7 12 106= 433.2755
Ensayo 3
= = 58.5 57.8 = 0.7
= = + = 433.2755 + 22 = 548.55
= 0
=
0 =
0.7
57.8 23 106= 526.55
DILATACIONES SUPERFICIALES
Ensayo 4
=
= 29.71653 29.70572 = 0.010812
=
= 108.17925 107.99771 = 0.181542
=
= 131.15166 130.90034 = 0.251322
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
=
2
=0.01081
2(12106)(29.70572)= 15.1626
=
2
=0.18154
2(12106)(107.99771)= 70.04
=
2
=0.25132
2(12106)(130.90034)= 79.99
=
= 25 + 15.1626 = 40.1626
=
= 25 + 70.04 = 90.04
=
= 25.5 + 79.99 = 105.49
DILATACIONES VOLUMTRICAS
Ensayo 5
= = 6832.45133 68003 = 32.4513 3
= ; = + = 75.75 + 24 = 99.75
= 0
=
0 3=
32.4513 3
68003 63 106= 75.75
Ensayo 6
= = 8036.053 80003 = 36.05 3
= = + = 125.1736 + 23 = 148.17
= 0
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
=
0 3=
36.05 3
80003 36 106= 125.1736
Ensayo 7
= = 22558.74583 224003 = 158.745 3
= ; = + = 102.7 + 22 = 124.7
= 0
=
0 3=
158.745 3
224003 69 106= 102.70
9. Variables DILATACIONES LINEALES
Ensayo 1 Elemento: Varilla Material: Cu-Zn
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Variacin de longitud L 0.3 mm Temperatura final Tf 269.015 C
Variacin de temperatura 248.015 C
Ensayo 2 Elemento: Varilla Material: Fe
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Variacin de longitud L 0.3 mm Temperatura final Tf 452.27 C
Variacin de temperatura 433.27 C
Ensayo 3 Elemento: Varilla Material:Al
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Variacin de longitud L 0.7 mm Temperatura final Tf 548.55 C
Variacin de temperatura 526.55 C
DILATACIONES SUPERFICIALES
Ensayo 4
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Variacin de superficie
del perno 2 0.01081
2
Temperatura final del
perno 40.1626 C
Variacin de temperatura
del perno 15.1626 C
Variacin de superficie
de la tuerca 2 0.18154
2
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
Temperatura final de la
tuerca 90.04 C
Variacin de temperatura
de la tuerca 70.04 C
Variacin de superficie
de la rodela 2 0.25132
2
Temperatura final de la
rodela 105.49 C
Variacin de temperatura
de la rodela 79.99 C
DILATACIONES VOLUMTRICAS
Ensayo 1 Elemento:Cubo Material: Cu-Zn
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Variacin de volumen L3 32.4513 mm3 Temperatura final Tf 94.75 C
Variacin de temperatura 75.75 C
Ensayo 2 Elemento: Cubo Material: Fe
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Variacin de volumen L3 36.05 mm3 Temperatura final Tf 148.17 C
Variacin de temperatura 125.17 C
Ensayo 3 Elemento: Cubo Material: Al
Parmetro fsico Dimensin Smbolo Valor Unidades
Variacin de volumen L3 158.745 mm3 Temperatura final Tf 124.7 C
Variacin de temperatura 102.708 C
10. Anlisis de resultados: (Analizar las dilataciones lineales, superficiales y volumtricas en funcin de las
variaciones de dimensiones y variaciones de temperatura para cada material)
Generar grafica correspondientes
Ensayo 1 Varilla cobre zinc
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
Se puede observar en la grafica que en esta prctica la temperatura para su dilatacin,
tiene valores elevados, y se dilata poco, esto es porque se tiene una mezcla de dos metales
que tienen coeficientes de dilatacin altos, por lo que se necesitan altas temperaturas para
dilatarse, aunque se puede ver que al inicio su dilatacin es poca.
Ensayo 2 Varilla de Hierro
En la grafica se puede apreciar que el hierro necesita atas temperaturas para dilatarse, se
ppue apreciar que al inicio, tiene una dilatacin pequea a pesar de ya tener una
deliaracion de mas de 200 C, esto se pude identificar gracias a su coeficiente de diltacion,
a dems tambin se puede observar que el hierro se dilata muy poco a temperatas altas,
ya que su coeficiente de dilatacin es bajo.
57,55
57,6
57,65
57,7
57,75
57,8
57,85
57,9
57,95
0 50 100 150 200 250 300
Varilla: Aleacin Cu-Zn
57,65
57,7
57,75
57,8
57,85
57,9
57,95
58
58,05
0 100 200 300 400 500
Varilla de Hierro
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Ensayo 3 Varilla Aluminio
Se puede apreciar que el aluminios e dilata con gran facilidad, esto se debe a que su
coeficiente de dilatacin es alto, lo que le hace mas propenso a la dilatacin, a dems se
puede que sus temperaturas de dilatacin son altas, por lo que se diltara mucho mas en
sentido longitudinal.
Ensayo 4.1 Dilatacin Superficial de un Perno
En la grfica se puede identificar que el pernos se dilata muy poco con una pequea
variacin de temperatura, esta caracterstica va a depender esencialmente del tipo de metal
del cual este elaborado el perno, ya que segn esto el coeficiente de dilatacin ser alto o
bajo, lo que le dara la facultad de ser ms propenso o no de dilatarse.
Ensayo 4.2 Dilatacin Superficial de una Tuerca
57,7
57,8
57,9
58
58,1
58,2
58,3
58,4
58,5
58,6
0 100 200 300 400 500 600
Varilla de Aluminio
29,7
29,71
29,72
29,73
29,74
29,75
29,76
29,77
29,78
29,79
29,8
29,81
0 10 20 30 40 50
Perno
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
Se puede apreciar en la grfica que la superficie de la tuerca va variando su superficie
con una relacin casi directa a la variacin de temperatura, esto se debe a que su
coeficiente de dilatacin le da esta facultad de expandirse en dos dimensiones con
gran factibilidad.
Ensayo 4.3 Dilatacin Superficial de una Rodela
En la grfica se puede notar que la dilatacin superficial de la rodela es muy variable y
alta, ya que a temperaturas cortas se va dilatando superficialmente con gran rapidez, esta
caracterstica la toma de su coeficiente de dilatacin; adems se apreciar que en
temperaturas ya ms elevadas, la dilatacin es corta, esto tal vez sea por la cocineta que
se usa para suministrar calor a los cuerpos.
Ensayo 5 Dilatacin de un Cubo de Cobre Zinc
106
108
110
112
114
116
118
0 20 40 60 80 100
Tuerca
130
131
132
133
134
135
136
137
138
0 20 40 60 80 100 120
Rodela
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
En la grafica se ve que este cubo tiene una dilatacin volumentrica alta, ya que su volumen
cambia con rapidez a temperaturas bajas, este cambio se debe a que los dos metales, cobre
y zin, estn mezclados por lo que su coeficiente de dilatacin es uno solo, y su variacin
es mas frgil.
Ensayo 6 Dilatacin de un Cubo de Hierro
Este cubo tiene una dilatacin volumtrica algo baja con las temperaturas bajas, pero se
puede apreciar que cuando sobrepasa los 100C su variacin es las alta, esta caracterstica
es por su coeficiente de dilatacin, ya que lo hace reaccionar de esta manera ante el calor
en cuerpo de tres dimensiones.
6795
6800
6805
6810
6815
6820
6825
6830
6835
0 20 40 60 80 100
Cubo de Cobre - Zinc
7995
8000
8005
8010
8015
8020
8025
8030
8035
8040
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Cubo de Hierro
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
Ensayo 7 Dilatacin de un Cubo de Aluminio
En la grafica se puede aprecial que el alumini tiene una dilatacin volumetrica muy
sensible al calor, ya que con el cambio progresivo en la temperatura tamien va cambiando
casi progresivamente su volumen, caracterstica dada por su coeficiente de dilatacin muy
alto.
11. Observaciones: 1. Qu es una dilatacin?
La dilatacin es el cambio de dimensiones que experimentan los slidos, lquidos y gases
cuando se vara la temperatura, permaneciendo la presin constante. La mayora de los
sistemas aumentan sus dimensiones cuando se aumenta la temperatura.
2. Qu material se dilata ms y porque?
El material que mas se dilata es el aluminio, ya que es un material que posee un coeficiente
de dilatacin muy alto, y es este el que da la caracterstica de un que material se dilate
mas o menos que otro. El coeficiente de dilatacin del alumnio es 0,000024 1
3. Cul es la diferencia entre dilatacin superficial y lineal?
La dilatacin es el cambio en las dimensiones de un cuerpo, por lo que la dilatacin lineal
es el aumento de longitud de un cuerpo cuya dimensin principal es la longitud
comparada con su seccin; mientras que la dilatacin superficial es el aumento de rea o
superficie de un cuerpo plano de espesor pequeo.
4. Cul es la aplicacin de dilataciones en la ingeniera?
Las dilatacin en la ingeniera se aplican en el estudio de los materiales que se van a
utilizar para crear y construir una infraestructura, ya que de los materiales va a depender
su calidad, hay que ser minuciosos el uso al que va dirijo y el lugar en el cual se va a
22380
22400
22420
22440
22460
22480
22500
22520
22540
22560
22580
0 20 40 60 80 100 120 140
Cubo de Aluminio
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
instalar la infraestructa, ya que con la dilatacin, la maquinaria puede no rendir de manera
adecuada, esto es por el material, y el lugar en el cual se encuentra, ya que la dilatacin
depende del material depende de las condiciones del medio en el cual se encuentra.
5. De un ejemplo real donde usted ha comprobado el efecto de dilataciones?
Un ejemplo de las dilataciones trmicas que casi todos hemos aplicado, es el uso de un
termmetro, ya que este nos permite medir la temperatura de un determinado lugar,
porque esta echo de materiales que posee gran sensibilidad con el calor, y con esta
caracterstica, el material dentro del termmetro sube o baja.
6. De qu depende el coeficiente de dilatacin?
Coeficiente de dilatacin lineal es la dilatacin media q experimenta un slido, por
hundida de longitud cuando su temperatura aumenta en 1C, por lo tanto el coeficiente
de dilatacin depende del tipo de material con el cual se est trabajando, ya que el
coeficiente de dilatacin es el que va a dar las caractersticas necesarias para que el
material se pueda dilatar ciertas temperaturas.
7. Traza los diagramas de las temperaturas en funcin de la dilatacin
volumtrica
Cubo Cobre zinc
V0lumen (mm^3 ) Temperatura(C)
6800 24
6818,3 60,1
6832,45 94,75
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
6790 6800 6810 6820 6830 6840
Temperatura(C)
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
Cubo de Hierro
V0lumen (mm^3 ) Temperatura(C)
8000 23
8013,1 83,6
8036,05 148,17
Cubo aluminio
V0lumen (mm^3 ) Temperatura(C)
22400 22
22479,4 84,6
22558,74 124,7
8. Cul es el comportamiento molecular de los materiales en las dilataciones?
Cuando se da calor a un slido se est dando energa a sus molculas, que estimuladas,
vibran ms enrgicamente. No varan de volumen; pero se labran un espacio ms grande
para su mayor oscilacin, de manera que al aumentar la distancia entre molcula y
molcula el slido concluye por dilatarse.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
7995 8000 8005 8010 8015 8020 8025 8030 8035 8040
Temperatura(C)
0
20
40
60
80
100
120
140
22350 22400 22450 22500 22550 22600
Temperatura(C)
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
9. El grado de dilatacin depende exclusivamente de la temperatura?, SI o NO
y porque.
No, ya que intervienen tambin otros factores que son crticos e importantes para que se
d un grado de dilatacin, los cuales son:
1) La longitud inicial del cuerpo: el aumento de longitudes directamente
proporcional al largo inicial del cuerpo. es decir, mientras ms largo es el cuerpo
originalmente, mayor es su aumento de longitud.
2) El aumento de la temperatura: el aumento de longitud tambin es directamente
proporcional al aumento de temperatura del cuerpo.
3) El coeficiente de dilatacin lineal : El aumento de longitud depende del material
el cual est construido un cuerpo, es decir, de su naturaleza.
10. Los materiales dilatados comparten la relacin tiempo dilatacin, tiempo
temperatura, temperatura dilatacin tiempo?
Los materiales dilatados si comparten cada una de estas relaciones, ya que cada elemento
mientras va aumentando el tiempo en el que estn sometidos al calor, aumenta la
temperatura, pero tambin lo mas importante es que aumenta su dilatacin, estas
circunstancias dicen que cada factor de la dilatacin va a estar ligado al otro.
12. Conclusiones:
En la dilatacin de los cuerpos slidos, intervienen varios factores los cuales ayudan a que se dilaten, estos factores depende de la situacin ambiental del
medio en el cual se quiere dilatar el cuerpo, ya que un factor importante es la
temperatura, que es quien va a activar las molculas internas de los cuerpos, y otro
factor muy importante para la dilatacin es el coeficiente de dilatacin, ya que
gracias a este la variacin de dilatacin ser ms alta o ms baja.
En la prctica se pudo determinar que el metal que ms se dilato fue el Aluminio, esta caracterstica es por su coeficiente de dilatacin que es muy alto comparado
con el de los dems metales, porque el aluminio es ms sensible al momento de
reaccionar con la temperatura de un determinado lugar
Al usar adecuadamente los instrumentos del laboratorio, se pudieron tomar los datos con gran precisin, por lo que la prctica se realiz con los valores
adecuados de dilataciones.
Se pudieron aplicar de forma correcta las frmulas para el clculo de todos los valores que intervienen en la dilatacin de cada metal, por lo que los resultados
obtenidos son los correctos
13. Recomendaciones:
Para poder realizar la dilatacin de ciertos materiales, se deben considerar las caractersticas del medio en el cual nos encontramos, ya que del medio, se tomara
la temperatura, la cual se utilizara para la dilatacin del cuerpo, y esto es lo que
afectara para que la dilatacin se mayor o menor.
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Ing. Diego Proao Molina Msc.
Al momento de dilatar un cuerpo solido se debe considerar su coeficiente de dilatacin, ya que de este depender que el cuerpo se dilate ms o menos, el
coeficiente de dilatacin va a variar de acuerdo a cada metal, dependiendo que su
comportamiento molecular.
Usar adecuadamente los materiales del laboratorio, ya que de estos depender que los datos de la prctica sean los correctos, esto determinar que nuestra practica sea
vlida.
Hay que identificar el tipo de dilatacin de acuerdo a la necesidad, es decir se debe identificar si necesitamos una dilatacin lineal, superfina o volumtrica, para as
poder aplicar las frmulas adecuadas a cada caso.
14. Bibliografa Garca, . F. (2010). Fsica con ordenador. Obtenido de
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/din_rotacion/columpio/columpio.htm
Jewett, S. (2009). Fisica para ciencias e ingenieria. Mexico: Cengage Learning.
RIOS, Y. A. (2014). fafisica114. Obtenido de
http://fafisica114.wikispaces.com/MOVIMIENTOS+OSCILATORIOS
Universal., E. (2013). ACADENIC. Obtenido de
http://enciclopedia_universal.esacademic.com/158929/oscilaci%C3%B3n_arm
%C3%B3nica
Zemansky, S. (2009). Fisica Universitaria. Mexico: Addison-Wesley.
15. Anexos
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Imagen 5
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