Dilatación lineal en física, fórmula y ejemplos

La dilatación lineal en física, se produce cuando un material aumenta su dimensión longitudinal, es decir su longitud; esto se produce por la forma geométrica predominante que posee el material en cuestión. Por ejemplo, la dilatación lineal será más notorio en un alambre de cualquier material, cuando este es sometido al calor o aumento de temperatura.

También podemos considerar que la dilatación lineal se produce cuando un material aumenta sus dimensiones en una dimensión.

Qué es la dilatación lineal

La dilatación lineal en física es el fenómeno que se produce cuando un material cuya forma predominante es un hilo o alambre se dilata en dirección longitudinal, es decir aumenta su largo, causado por un aumento de temperatura o calor.

Coeficiente de dilatación

No todos los materiales se comportan de la misma forma cuando son sometidos a cambios de temperatura, algunos se dilatan más o menos que otros dependiendo del tipo de material del que estén hecho los objetos. Por ejemplo, si calentamos un hilo de acero y otro de plomo a la misma temperatura, notaremos que el hilo de plomo se dilata más que el acero. Esto se debe al Coeficiente de dilatación que poseen; cada material tiene un coeficiente diferente. A continuación veamos algunos coeficientes de dilatación lineal.

Coeficientes de dilatación lineal de materiales

1. Fibra de carbono: -0.8∙10^-6 (°C)^-1
2. Cuarzo: 0,4∙10^-6 (°C)^-1
3. Diamante: 1,2∙10^-6 (°C)^-1
4. Pyrex: 3∙10^-6 (°C)^-1
5. Vidrio: 8∙10^-6 (°C)^-1
6. Plata: 9∙10^-6 (°C)^-1
7. Acero: 12∙10^-6 (°C)^-1
8. Oro: 14∙10^-6 (°C)^-1
9. Cobre: 17∙10^-6 (°C)^-1
10. Latón: 18∙10^-6 (°C)^-1
11. Aluminio: 23∙10^-6 (°C)^-1
12. Plomo: 29∙10^-6 (°C)^-1
13. Zinc: 29∙10^-6 (°C)^-1
14. PVC: 52∙10^-6 (°C)^-1
15. Madera de roble: 54∙10^-6 (°C)^-1
16. Mercurio: 60,4∙10^-6 (°C)^-1

Fórmulas de dilatación lineal

Donde:

• ΔL: variación de longitud.
• L0: longitud inicial.
• LF: Longitud final.
• α: coeficiente de dilatación lineal.
• ΔT: variación de temperatura.
• T0: temperatura inicial.
• TF: temperatura final.

La ecuación general del cual se parte para encontrar el valor de longitud final, tomando en cuenta el tipo de material, la longitud inicial y variación de temperatura, dice que: La variación de longitud es igual a la longitud inicial, multiplicada por el coeficiente de dilatación del material y la variación de temperatura experimentada.

Ecuaciones para calcular: Longitud inicial, coeficiente de dilatación, temperatura inicial y final.

Calculadora de longitud final

Puedes usar esta calculadora para calcular la longitud final, no olvides tomar en cuenta las unidades de medida y si es necesario hacer conversiones hazlas antes de ingresar los datos, de tal manera que el resultado salga con las unidades que esperas.

Con respecto al coeficiente de dilatación lineal, solo ponga el coeficiente sin su multiplicador. Por ejemplo si el coeficiente de dilatación lineal del aluminio es 23∙10^-6 (°C)^-1 entonces, en la calculadora solo ponga 23.

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Incremento porcentual longitudinal

Un material sometido a cambios de temperatura, sufre una variación porcentual de su dimensión, en este caso estamos hablando del incremento en su longitud. Para calcular el incremento porcentual empleamos la fórmula que expresa:

El incremento porcentual de longitud es igual al cociente entre la variación de longitud que sufre el material, dividido entre la longitud inicial del material, todo ello multiplicado por 100%.

Ejemplos de dilatación lineal

• Las rieles del tren cuando hace calor se dilatan linealmente
• Cables de acero, tendidos eléctricos
• Los tubos de metal y de otros materiales
• Alambres

Ejercicio resuelto de dilatación lineal en física

Disminución de longitud por disminución de temperatura

Cuando la temperatura disminuye, los cuerpos también tienden a encogerse, es decir, disminuyen sus dimensiones. Las fórmulas que desarrollamos, también sirven para calcular dichas disminuciones. Para que ocurra una disminución de temperatura, la temperatura final Tf debe ser menor a la temperatura inicial To; esto nos lleva a verificar que la diferencia de (Tf-To) será un número negativo, las operaciones se harán respetando la ley de signos, por tanto, ocurrirá una disminución de longitud.