2. TRANSFERÊNCIA OU TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA

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1 Física: 1º ano Jair Júnior Nota de aula (7/11/014) 1. ENERGIA Um dos princípios básicos da Física diz que a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída. Então, o que é energia? Na figura acima podemos perceber que a primeira peça do dominó, após ser impulsionada, empurra as outras peças, que também adquirem movimento. Isso acontece porque a primeira peça de dominó adquiriu certa quantidade de energia, que transfere às demais. Logo, a energia está racionada à capacidade de produzir movimento. Na natureza, podemos encontrar vários tipos de energia: mecânica, térmica, étrica, química, luminosa, sonora e nuclear. Modernamente, a energia de combustíveis, de quedas de água e do núcleo de átomos, por exemplo, passou a ser utilizada para o funcionamento de fábricas, máquinas agrícolas, trens, aviões, automóveis etc. A energia étrica pode ser obtida através de pilhas e baterias, que funcionam por reação química em seu interior. or exemplo, nos automóveis a bateria transforma a energia em luz (faróis), em movimento (motor de arranque), em som (buzina) e em faíscas (vas de ignição). A energia é uma grandeza escalar. No SI, sua unidade de medida é o joule (J), em homenagem a James rescott Joule ( ), físico inglês que realizou trabalhos na área de transformação de energia.. TRANSFERÊNCIA OU TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA Não é difícil observar, em nosso cotidiano, transformações de um tipo de energia em outro. or exemplo: no automóv, a energia química armazenada no combustív (gasolina ou álcool) é transformada em energia de movimento, também chamada energia cinética. em uma usina hidrétrica, a energia mecânica da queda de água é transformada em energia étrica: esta, quando transportada até residências, indústrias etc., sofre alterações que podem transformá-la outra vez em energia mecânica ou energia luminosa, sonora, térmica etc.

2 Transformações de energia em uma usina hidrétrica: 1- Energia potencial gravitacional do sistema terra-água. - Energia étrica. 3- Gerador. 4- Energia cinética da água. 5- Energia cinética de rotação das pás da turbina. Na 1ª série do ensino médio estudamos a energia mecânica, cuja compreensão servirá de base para o estudo dos outros tipos de energia, que são tratados nas séries seguintes. 3. ENERGIA MECÂNICA A energia mecânica é a soma de dois tipos de energia: potencial e cinética. Energia potencial (E p ) é aqua que se encontra armazenada num determinado sistema e que pode ser utilizada a qualquer momento para realizar uma tarefa. Toda vez que um sistema é constituído por um corpo associado a uma mola ou um outro corpo ástico, sua energia potencial é denominada ástica. Você já sabe que todo corpo nas proximidades da Terra é atraído pa força gravitacional. Um sistema constituído por um corpo e pa Terra pode possuir uma energia potencial gravitacional armazenada. Energia cinética (E c ), também denominada atual, é a que se manifesta nos corpos em movimento. Ela pode ser calculada pa ração: E c 1 mv

3 onde: m : massa do corpo v: vocidade do corpo Quando um corpo está em queda livre, verificamos que, durante o movimento, a energia potencial vai se transformando em energia cinética, como acontece quando pulamos do trampolim. Nesse caso, dizemos que o sistema possui energia potencial gravitacional e cinética. Resumindo: 4. TRABALHO DE UMA FORÇA ástica potencial energia mecânica E gravitacional p Em cinética Ec A energia transferida de um corpo para outro e a energia transformada de um tipo em outro podem ser medidas através de uma ração matemática denominada trabalho de uma força. Como essa ração foi encontrada? Verifica-se experimentalmente que, sempre que ocorre transferência ou transformação de energia, uma força está deslocando seu ponto de aplicação. Verifica-se, também, que quanto maiores forem o deslocamento do ponto de aplicação da força, a sua intensidade e o cosseno do ângulo formado entre as direções da força e do deslocamento maior será a transferência ou transformação de energia. Estas constatações permitiram a formulação da ração matemática denominada trabalho de uma força ( F ). O trabalho da força durante o deslocamento é a grandeza escalar que obtemos multiplicando a intensidade da força (F), a intensidade do deslocamento ( d) e o cosseno do ângulo ( cos ) formado entre as direções da força e do deslocamento. F d cos F No SI, a unidade de trabalho também é o joule (J): 1J corresponde ao trabalho realizado, em um deslocamento de 1m, por uma força de 1N parala a esse deslocamento. Simbolicamente: 1J 1N 1m 5. FORÇA ELÁSTICA E TRABALHO DA FORÇA ELÁSTICA A força ástica (F ) é aplicada por corpos ásticos, que podem ser representados por uma mola hicoidal. Quando um corpo aplica uma força na extremidade da mola, a reage como uma força ástica. Ao estudar essa força, o físico e matemático inglês Robert Hooke ( ) verificou que a é proporcional ao alongamento sofrido pa mola. Sua intensidade pode ser calculada pa seguinte ração, conhecida como Lei de Hooke: F k x 3

4 onde: x : alongamento ou deformação ástica sofrida pa mola k : constante de proporcionalidade ou constante ástica, que depende da resistência da mola no SI sua unidade é N / m O trabalho da força ástica ( F ) pode ser calculado através da expressão: 1 F kx 6. TRABALHO DA FORÇA-ESO Como o peso tem direção vertical, seu trabalho é nulo para deslocamentos horizontais. Mas, para pequenos deslocamentos não-horizontais próximos a superfície da Terra, o peso pode ser considerado constante e seu trabalho pode ser calculado pa ração: Entretanto, d cos h. Então: d cos h mg h 7. ENERGIA OTENCIAL GRAVITACIONAL ara medir a energia potencial gravitacional de um sistema, é necessário estabecer a posição do corpo na qual a energia é considerada nula. odemos estabecer que, quando o corpo se encontra num plano de referência arbitrário, a energia potencial do sistema é nula. Vamos, então, determinar a energia potencial gravitacional de um corpo de massa m, que se encontra num ponto A, até o plano de referência, a altura h acima do plano de referência. ara trazer o corpo do ponto A até o plano de referência, o trabalho da força-peso corresponde à variação da energia potencial gravitacional entre os dois pontos: AB A E E 0 B A E mgh 8. ENERGIA OTENCIAL ELÁSTICA ara o sistema corpo-mola, a energia potencial ástica é nula no ponto de referência, ou seja, na posição em que a mola não está alongada nem comprimida. Em qualquer outro ponto, a energia potencial armazenada é igual ao trabalho que a força ástica realiza para trazer o corpo do ponto onde e se encontra até o ponto de referência. Como, neste caso, o movimento é espontâneo, temos: 1 1 kx E kx F A 4

5 Exercícios Resolvidos: 1. Um menino arrasta por uma corda um caixote sobre uma superfície horizontal. A força de tração na corda tem intensidade de 10N e forma um ângulo de 60º com a horizontal. Sabendo que o caixote se desloca em movimento uniforme e que g = 10 m/s, determine o trabalho da força de tração para um deslocamento de 5m. ara d 5m, temos: T d cos 10 5 cos 60 5J. T T T. Um corpo de massa de 8 kg está posicionado a uma altura de 0m do chão. Calcule a energia potencial gravitacional desse corpo (considere g = 10 m/s ). E mgh E E 1600 J G G G 3. Uma mola de constante ástica igual a 100 N/m sofre uma deformação de 30 cm mediante a aplicação de uma força F. Determine a intensidade da força F, em N. F k x F 100 0,3 F 30N. 4. Uma mola ástica ideal, submetida à ação de uma força de intensidade F 10N, está deformada de,0 cm. Calcule a energia ástica armazenada na mola E kx E El F x E El 10 0,0 E El 0,1J. El 5