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?