Sumário. Energia em movimentos 11/05/2015

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Cláudia Festas Vilaverde
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1 Sumário Unidade temática 2 Modelo da partícula material. Transferências de energia como trabalho. - Conceito de força (revisão). - As componentes duma força. - Trabalho de uma força constante e energia transferida. Exemplos de aplicação. Corpo rígido e o seu movimento Os corpos que são formados por partículas que mantêm sempre as suas posições relativas durante o movimento, dizem-se corpos rígidos (são sólidos indeformáveis). Os corpos rígidos podem ter vários movimentos: movimento de translação; movimento de rotação; movimentos combinados de translação e de rotação. 1

2 Corpo rígido e o seu movimento No movimento de translação dos corpos as suas partículas têm a mesma velocidade. No movimento de rotação dos corpos as partículas têm velocidades diferentes, exceto as que se mantêm sobre o eixo. Centro de massa Quando um corpo só tem movimento de translação (e não interessa considerar as variações da sua energia interna), pode ser simplesmente representado pelo seu centro de massa (CM). 2

3 Modelo da partícula material Modelo da partícula material 3

4 Exceções ao modelo da partícula material Os sistemas em que ocorrem fenómenos de: aquecimento/arrefecimento; e/ou de deformação, não podem ser representados pelo modelo da partícula material, uma vez que sofrem variações consideráveis de energia interna. Exceções ao modelo da partícula material 4

toda a massa do corpo e onde se considera aplicada a resultante

5 Significado de centro de massa O centro de massa (CM) de um sistema de partículas, é um ponto onde se supõe estar concentrada toda a massa do corpo e onde se considera aplicada a resultante das forças que atuam nesse sistema. O centro de massa de alguns objetos 5

energia, sob a forma de trabalho, podem ser aproximados a

6 Concluindo Quando os corpos ou sistemas são sólidos e indeformáveis e não experimentam quaisquer transferências de energia, sob a forma de trabalho, podem ser aproximados a partículas materiais e representar-se pelo Centro de Massa, CM. Concluindo 6

7 As forças As forças traduzem e medem interações entre corpos. A aplicação de uma força sobre um corpo pode provocar uma alteração do seu estado de repouso ou de movimento e pode ainda causar-lhe deformação. Tipos de forças Para haver uma força é necessário existir uma interação entre os corpos. As interações podem ser por contacto ou à distância. As forças que estão relacionadas com estes tipos de interações, dizem-se respetivamente: Forças de contacto. à distância. 7

8 Representação das forças Ponto de aplicação no local onde se exerce a força. Direção a da reta sobre a qual se aplica a força. Sentido o da orientação da força sobre a reta (para a esquerda ou para a direita, ). Intensidade, módulo ou magnitude o valor ou norma do vetor. Quanto maior for o tamanho relativo do vetor, maior é o valor da força aplicada. A unidade de força no SI chama-se newton e representa-se por (N). Como se distingue direção e sentido? A direção e o sentido são conceitos diferentes: para cada direção, definem-se sempre dois sentidos. Exemplos: A mesma direção e o mesmo sentido A mesma direção e sentidos contrários Direções diferentes (perpendiculares) 8

9 Transferir energia como trabalho Será que existe realização de trabalho nesta situação? Se o armário não se deslocar não há transferência de energia como trabalho. Transferir energia como trabalho Será que existe realização de trabalho nesta situação? Se o bloco não se deslocar não há transferência de energia como trabalho. 9

10 Transferir energia como trabalho Será que existe realização de trabalho em ambos os casos? Em linguagem corrente o vocábulo trabalho é frequentemente associado a uma ação ou esforço físico, quando, por exemplo, se diz que se vai trabalhar ao computador ou que o trabalho do campo é cansativo. Em Física, este conceito relaciona-se com as forças e com o deslocamento que a ação das forças provoca nos corpos. Transferir energia como trabalho A quantidade de energia transferida como trabalho por uma força depende do ângulo entre a direção da força e a do deslocamento. 10

11 Componentes duma força F 1 Componente normal da força. F 2 Componente eficaz da força. A componente eficaz da força A componente eficaz da força, F ef - É a componente responsável pela realização de trabalho sobre o centro de massa. Relações trigonométricas 11

Trabalho de uma força constante O trabalho duma força constante depende da força eficaz e do deslocamento do centro de massa do corpo onde a força atua.

12 Trabalho de uma força constante O trabalho duma força constante depende da força eficaz e do deslocamento do centro de massa do corpo onde a força atua. Como e A expressão geral do trabalho será: Deslocamento Define-se deslocamento de um corpo a mudança de posição do seu centro de massa, ou seja, a movimentação do ponto de aplicação da força. 12

Tipos de trabalho de uma força constante Positivo, potente ou motor, se a projeção da força na direção do deslocamento tem o mesmo sentido do movimento (figura l), o trabalho por ela realizado é

13 Tipos de trabalho de uma força constante Positivo, potente ou motor, se a projeção da força na direção do deslocamento tem o mesmo sentido do movimento (figura l), o trabalho por ela realizado é positivo (cos > 0) e designa-se por trabalho potente. Negativo ou resistente, se a projeção da força na direção do deslocamento tem sentido oposto ao movimento (figura II), o trabalho por ela realizado é negativo (cos < 0) e designa-se por trabalho resistente. Nulo, se a força aplicada possui direção perpendicular à do deslocamento. Tipos de trabalho de uma força constante 13

14 Trabalho como medida de energia A grandeza trabalho é uma medida da energia transferida entre dois sistemas. Portanto, quando uma força realiza trabalho sobre um corpo vai fazer com que haja variação de energia do centro de massa desse corpo. Então: quando o trabalho é positivo ou motor - a força contribuiu para um aumento da energia do centro de massa (o sistema recebe energia); quando o trabalho é negativo ou resistente - a força contribui para uma diminuição da energia do centro de massa do sistema (o sistema cede energia); quando o trabalho é nulo - não se verificam variações de energia do centro de massa. Variação da quantidade de trabalho com o ângulo formado O ângulo formado entre a força aplicada sobre um corpo e o seu deslocamento influencia o valor da força eficaz, uma vez que é esta que efetivamente contribui para o deslocamento. 14

15 Variação da quantidade de trabalho com o ângulo formado Variação da quantidade de trabalho com o ângulo formado Análise da situação do carro: 15

16 Determinação gráfica do trabalho realizado por uma força O valor do trabalho realizado por uma força pode ser calculado recorrendo a gráficos de força em função do deslocamento. Determinação gráfica do trabalho realizado por uma força potente (a) e por uma força resistente (b). Resumindo: 16

17 TPC Exercícios que ficarem por fazer da APSA Aplicações pág Transferência e transformações de energia em sistemas complexos. Aproximação ao modelo da partícula material 17

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