Qual é a relação entre trabalho mecânico e energia?
Pode-se demonstrar que a quantidade de energia transferida pela força F, ou seja, o trabalho realizado pela forca F durante o deslocamento d é igual à variação da energia cinética do corpo. ...
Que relação existe entre trabalho energia e potência?
Para um corpo realizar trabalho sobre outro é necessário aplicar uma força (F)sobre ele. Além da força, é necessário um deslocamento, de forma que quanto maior o deslocamento, maior o trabalho realizado. ... Onde P= potência, T= trabalho e ΔT= variação do tempo.
Qual é a relação entre o trabalho de uma força e energia?
Trabalho é uma grandeza física que mede a transferência ou a transformação da energia. A unidade de medida dessa grandeza escalar é o joule. Além disso, o trabalho que é exercido por uma força equivale à variação de energia cinética, bem como da energia potencial atribuída a um corpo ou sistema de corpos.
Qual é a energia mecânica?
- Dentro da energia mecânica, podemos dividi-las em: 1 Energia Cinética: é a energia que está relacionada ao movimento dos corpos; 2 Energia Potencial (gravitacional, elástica, elétrica, etc.): é a energia que um corpo possui em relação à posição... More ...
Qual o conceito de energia e trabalho?
- Trabalho é a medida da energia que é transferida para um corpo, em razão da aplicação de uma força ao longo de um deslocamento. Você sabe os conceitos de Energia e Trabalho? O Beduka preparou esse artigo para você entender melhor esse tema de física e se preparar para o ENEM e outros vestibulares.
Quais são as formas de energia estudadas na mecânica?
- Aqui vamos explicar as formas de energia que são estudadas na mecânica, como o trabalho e as energias cinética, potencial e mecânica. Para se colocar algum objeto em movimento, é necessária a aplicação de uma força e, simultaneamente, uma transformação de energia.
Como compreender melhor a energia mecânica?
- Para compreender melhor a energia mecânica, segue abaixo alguns exercícios de vestibular: 1 (UEM-2012/Adaptada) Segue abaixo algumas questões que envolvem a energia mecânica e a conservação de energia. De tal... 2 (UFSM-2013) Um ônibus de massa m anda por uma estrada de montanha e desce uma altura h. O motorista mantém os freios... More ...
Na física, existem alguns conceitos importantes, como trabalho, energia e potência. Vamos entender melhor: Trabalho – O trabalho é toda atividade feita por um corpo que está sob uma força. Além da força, é necessário também um deslocamento (d). Quanto maior o deslocamento, maior o trabalho. O trabalho é uma grandeza escalar, dada por um módulo e uma unidade: Newton x metro (N x m) ou
Joule (J). 1 Joule é o trabalho necessário para levantar um corpo de 100g a um 1m de altura. A fórmula para encontrar o valor do trabalho é: Potência – A potência é a força exercida para a realização do trabalho. Um exemplo básico de potência pode ser visto nos carros 1.0, 1.5 e 2.0. Quanto maior a potência, menor o tempo do trabalho. A potência torna o esforço menor. A unidade de potência é o watt. Assim, temos que a potência é a relação entre trabalho e tempo. A fórmula para encontrar o valor da potência é: Energia – A energia é a capacidade de realizar o trabalho. A unidade de medida utilizada para energia é o joule, J. A fórmula para encontrar o valor da energia cinética é: Ec = massa x velocidade ao quadrado/2 (Ec=m.v²/2)
T = força x deslocamento (T = f x d)
P = trabalho realizado/tempo (P= T/t)
No nosso cotidiano, empregamos a palavra “energia” em diferentes situações e conseguimos passar o seu significado. Como exemplos, dizemos que “uma pessoa está cansada e sem energia”, que depois da tempestade “a casa ficou sem energia”, que a usina de Angra dos Reis é “alimentada por energia nuclear”, etc. No entanto, o termo “energia” utilizado nas
experiências que temos do nosso dia – a – dia não possui a mesma definição e rigor da “energia” como grandeza física. Na Física, como outros conceitos básicos, a energia não é algo fácil de se definir. Em aulas de Física, aprendemos o que é energia através de exemplos, como a energia cinética, potencial, mecânica, eletromagnéticas, etc. O que sabemos também é que diferentes formas de energia estão relacionadas entre si, no sentido de que uma forma de energia pode se transformar
em outra – como a energia elétrica que se transforma em calor -, mas com uma condição muito importante: a soma de todos os tipos de energia num sistema fechado permanece constante, ou seja, a energia é conservada. A conservação da energia é um princípio fundamental na Física. Antes de definirmos precisamente o conceito de energia, vamos definir o conceito de trabalho na Física. Da mesma forma que energia, a palavra “trabalho” é de uso comum no
cotidiano. Dizemos que fulano “realiza trabalho”, tem coisas que dá “bastante trabalho” para se fazer, “exercícios para trabalhar” determinados músculos do corpo, etc.O que é energia?
Na Física, o trabalho é definido como sendo a transferência de energia por meio de uma ou mais forças que atuam sobre um corpo. Como consequência, esse corpo sofre um deslocamento
Num caso mais simples, as forças aplicadas ao corpo são constantes, como a força gravitacional agindo sobre o corpo próximo da superfície terrestre. Num caso mais complexo, que analisaremos também, é o trabalho da força gravitacional variável, quando não nos limitamos a movimentos próximos da superfície da Terra, como no caso do movimento de um foguete.
É importante observar que, independentemente do tipo de forças envolvidas, o trabalho contabiliza a quantidade energia transferida, sem levar em conta o tempo de atuação do trabalho (a duração da força ou conjunto de forças).
Trabalho realizado por uma força constante
Conforme já mencionado acima, para que haja trabalho, uma força (ou conjunto de forças) deve atuar sobre um corpo e o ponto em que a força é aplicada deve se deslocar.
A figura abaixo mostra um rapaz empurrando um carrinho. Se a força
Neste exemplo específico, em que
Ainda considerando
O trabalho realizado por uma força sobre um objeto é igual ao produto do módulo da força pelo deslocamento sofrido pelo objeto na direção da força.
Podemos representar o trabalho através do gráfico da força ao longo da direção do movimento versus deslocamente,
Para simplificar, vamos assumir que
Como
Podemos verificar facilmente que o trabalho é numericamente igual à área do retângulo azul. Lembrando que a área do retângulo é base vezes a altura, onde a base está representada pelo deslocamento (
Logo, a área é numericamente igual ao trabalho.
Trabalho realizado por uma força variável
Existem situações em que uma força aplicada (ou várias) num corpo não é constante, ou seja, enquanto ela agir, o seu módulo, direção ou sentido podem variar.
A força de compressão ou elongação elástica da mola é um bom exemplo. De acordo com a lei de Hooke,
No entanto, podemos fazer uso desta expressão para se obter a expressão correta para o trabalho de uma força variável. No caso, vamos analisar situações em que somente a magnitude da força varia.
A figura abaixo mostra o gráfico de uma força (de módulo variável aplicada a um corpo) em função do deslocamento
Para o
cálculo do trabalho total, vamos dividir a área abaixo do gráfico e acima do eixo horizontal, entre as posições
Se o deslocamento
Para calcular o trabalho total, que corresponde numericamente à área do gráfico abaixo da em vermelho, basta fazermos a soma das áreas de todos os retângulos. Temos portanto que
onde somamos a área do
O sinal
//ecalculo.if.usp.br/
Se a largura
No jargão do cálculo, este limite é a integral definida da função
No gráfico força
Trabalho de uma força variável: exemplo
Conforme mencionamos acima, a força exercida por uma mola sobre um objeto depende do grau de distensão ou compressão, representado por
De acordo com a Lei de Hooke,
onde
Tomando a expressão em módulo, isto é,
Conforme discutido, o trabalho realizado por essa força sobre um corpo é numericamente igual a área abaixo da curva (no caso, uma reta), até a abscissa, entre as posições
Temos que
Teorema Trabalho – Energia Cinética
O teorema trabalho – energia cinética é um importante teorema da Física, que conforme veremos adiante, diz que o trabalho de uma força resultante (soma de todas as forças envolvidas no cálculo do trabalho) produz variação da energia cinética de um corpo.
Antes de enunciar e demonstrar o teorema, vamos explicar o que é a energia cinética de um corpo.
Energia CinéticaConforme discutido na seção “O que é Energia?”, na Física há diferentes formas de manifestação de energia. A energia cinética,
Enunciado:
O trabalho realizado pela força resultante que atua sobre um corpo é igual a variação da energia cinética do corpo.
Demonstração do teorema – caso particular com força constante
Para o caso em que a força resultante atuando sobre um corpo é constante, é relativamente fácil demonstrar o teorema trabalho energia cinética.
De acordo com a segunda lei de Newton para um corpo de massa
Assim, o trabalho da força
Por outro lado, como
Para o caso em que a situação inicial é rotulada com índice “
Se multiplicarmos toda a equação por
Demonstração do teorema – força variável
A situação mais geral possível é quando o corpo percorre uma trajetória em 3D sob ação de uma força resultante na direção qualquer, cujo módulo, direção e sentido podem variar ao longo do caminho.
A demonstração a seguir será o caso unidimensional, onde a partícula está se movendo ao longo do eixo
A demonstração envolve conceitos de cálculo diferencial e integral, sendo portanto além do escopo para um estudando do Ensino Básico. Para os corajosos e curiosos, clique no link para visualizar a demonstração:
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