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8. Una lámina de latón \( \alpha=19 \times 10^{-6} \mathrm{O}^{-1} \) a \( 10 \cong \mathrm{C} \) y otra de Acero ( \( \alpha=12 \times 10^{-6} \varrho^{-1} \) ) a \( 20{ }^{\circ} \mathrm{C} \) tienen áreas iguales ¿A qué igual temperatura en \( { }^{\circ} \) C volverán a tener la misma superficie? a) \( -3,75 \) b) \( -5,14 \) c) \( -6,80 \) d) \( -7,14 \) e) 12,20

Ask by Powers Adkins. in Colombia
Feb 24,2025

Upstudy AI Solution

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Answer

La temperatura en la que las superficies de las láminas serán iguales es aproximadamente –7,14 °C.

Solution

Planteemos el siguiente razonamiento: Sea A la superficie inicial (común) de ambas láminas. Para una expansión superficial (válida para cambios pequeños de temperatura) se tiene que:   A(T) = A · [1 + 2α (T – T₀)] Para la lámina de latón:   T₀,latón = 10 °C  α_latón = 19 × 10⁻⁶ °C⁻¹   A_latón(T) = A · [1 + 2·(19×10⁻⁶)(T – 10)] Para la lámina de acero:   T₀,acero = 20 °C  α_acero = 12 × 10⁻⁶ °C⁻¹   A_acero(T) = A · [1 + 2·(12×10⁻⁶)(T – 20)] Buscamos la temperatura T a la que A_latón(T) = A_acero(T):   1 + 2·(19×10⁻⁶)(T – 10) = 1 + 2·(12×10⁻⁶)(T – 20) Se cancelan los “1” y 2:   19×10⁻⁶ (T – 10) = 12×10⁻⁶ (T – 20) Podemos eliminar el factor 10⁻⁶:   19 (T – 10) = 12 (T – 20) Desarrollamos:   19T – 190 = 12T – 240 Reorganizando:   19T – 12T = –240 + 190   7T = –50   T = –50/7 ≈ –7,14 °C Por lo tanto, la superficie de ambas láminas será igual nuevamente a aproximadamente –7,14 °C, que corresponde a la opción d).

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Beyond the Answer

Para resolver este problema, debes tener en cuenta que el cambio de área debido a la dilatación térmica se calcula con la fórmula: \[ \Delta A = A_0 \cdot 2\alpha \cdot \Delta T \] Donde \(A_0\) es el área inicial, \(\alpha\) es el coeficiente de dilatación lineal y \(\Delta T\) es el cambio de temperatura. 1. **Latón**: - \(\alpha = 19 \times 10^{-6} \mathrm{O}^{-1} \) y \(T_1 = 10^\circ C\) \[ A_{laton} = A_0 \cdot (1 + 2 \cdot 19 \times 10^{-6} (T - 10)) \] 2. **Acero**: - \(\alpha = 12 \times 10^{-6} \mathrm{O}^{-1} \) y \(T_2 = 20^\circ C\) \[ A_{acero} = A_0 \cdot (1 + 2 \cdot 12 \times 10^{-6} (T - 20)) \] Para encontrar la temperatura en la que ambas áreas son iguales: \[ 1 + 2 \cdot 19 \times 10^{-6} (T - 10) = 1 + 2 \cdot 12 \times 10^{-6} (T - 20) \] Simplificando y resolviendo la ecuación, estableces equivalencias y encuentras \(T\). Al resolverlo, obtendrás la temperatura \(T \approx -5.14^\circ C\). La respuesta correcta es la opción **b) -5,14**.

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