Actividad previa
Porqué hacen "Tac Tac Toc Toc" los trenes?
Mientras vayas viajando en el ferrocarril presta atención al sonido que hacen las ruedas de Tren. Es el clásico "Tac Tac Toc Toc". Te has puesto a pensar porque suenan así? En la estación de Durán observa con atención la disposición de los rieles. No estan totalmente juntos. Cada cierta distancia, tienen una pequeña separación. Para qué será? Eso tiene que ver con lo que llama "Dilatación de los cuerpos sólidos".
Porqué hacen "Tac Tac Toc Toc" los trenes?
Mientras vayas viajando en el ferrocarril presta atención al sonido que hacen las ruedas de Tren. Es el clásico "Tac Tac Toc Toc". Te has puesto a pensar porque suenan así? En la estación de Durán observa con atención la disposición de los rieles. No estan totalmente juntos. Cada cierta distancia, tienen una pequeña separación. Para qué será? Eso tiene que ver con lo que llama "Dilatación de los cuerpos sólidos".
Dilatación Térmica
La dilatación térmica tiene un fundamento físico diferente en líquidos, gases y sólidos. En los gases las moléculas están deslocalizadas, por lo que a lo largo del tiempo una molécula puede llegar a ocupar cualquier posición en el seno de la masa gaseosa, el calentamiento produce un aumento de la energía cinética de cada molécula lo cual aumenta la presión del mismo, que a su vez es el fundamento de la dilatación térmica. En los sólidos antes de la fusión o aparición de deformaciones por calor, cada molécula está constreñida a moverse alrededor de una pequeña región alrededor de la posición de equilibrio de la misma. Al aumentar la temperatura la molécula realiza oscilaciones alrededor de su posición de equilibrio lo cual tiene el efecto de expandir el sólido. En los líquidos el proceso es más complejo y presenta características intermedias entre gases y líquidos. También, puede ser referida a que cuando la temperatura del medio ambiente es mayor, has observado que por la calle que los cables de la electricidad que cuelgan de los postes parecen más largos pues tienen una curvatura mayor que en el invierno.
Coeficientes de dilatación
Se denomina coeficiente de
dilatación al cociente que mide el cambio relativo de longitud,
superficie o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido
experimenta un cambio de temperatura.
Para sólidos el tipo de coeficiente de
dilatación más comúnmente usado es el coeficiente de dilatación lineal αL.
Para una dimensión lineal cualquiera se puede medir experimentalmente
comparando el valor de dicha magnitud antes y después de cierto cambio de
temperatura como:
En gases y líquidos es más común usar
el coeficiente de dilatación volumétrico αV, que viene dado
por la expresión:
Para sólidos también puede medirse la
dilatación térmica, aunque resulta menos importante en la mayoría de
aplicaciones técnicas.
Dilatación lineal
El cambio total de longitud de la
dimensión lineal que se considere, expresarse como:
Donde:
α=coeficiente de dilatación lineal
[1/C°]
L0= Longitud inicial
del cuerpo.
Lf= Longitud final del
cuerpo.
T0= Temperatura inicial
del cuerpo.
Tf= Temperatura final
del cuerpo.
Aplicaciones
El conocimiento del coeficiente
de dilatación (lineal) adquiere una gran técnica importancia en muchas
áreas del diseño industrial. Un buen ejemplo son los rieles del ferrocarril,
estos van soldados unos con otros por lo que pueden llegar a tener una longitud
de varios centenares de metros. Si la temperatura aumenta mucho la vía férrea
se desplazaría por efecto de la dilatación, deformando completamente el
trazado. Para evitar esto, se estira el carril artificialmente, tantos
centímetros como si fuese una dilatación natural y se corta el sobrante, para
volver a soldarlo. A este proceso se le conoce como neutralización de
tensiones.
Para ellos cogeremos la temperatura
media en la zona le restaremos la que tengamos en ese momento en el carril el
resultado lo multiplicaremos por el coeficiente de dilatación del
acero y por la longitud de la vía a neutralizar.
Valores del coeficiente de dilatación
lineal
Algunos coeficientes de dilatación
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Ejercicios:
1. La línea del
ferrocarril de Durán a Quito pasa por varias localidades que unen costa con
sierra. Durante el trayecto a la estación de Urbina (cerca de Riobamba) la
temperatura llega a ser de 0°C. La vía de acero del ferrocarril tiene una
longitud de 30 m cuando la temperatura es 0º C. Calcular la variación de su
longitud en un día caluroso en la estación de Yaguachi (30°C.)
2. En ciertos tramos de la "Ruta de Dulzura" los rieles del
ferrocarril alcanzan una longitud de hasta 30mts. Esto principalmente en
los alrededores del cantón Milagro, donde se produce caña de azúcar y la
temperatura promedio es de 28°C. Sin
embargo, llegando a la estación de Bucay los mismos rieles de 30mts se reducen
a 29,75mts. ¿Cuál será la temperatura en Bucay?
hay que copiar la informacion junto con los ejercicios en una hoja a mano o en computadora?
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