TRABALHO E ENERGIA. Henrique Dantas

Transcrição

1 TRABALHO E ENERGIA Henrique Dantas

2 TRABALHO No dia-a-dia chamamos trabalho a qualquer atividade de natureza muscular ou intelectual que exija esforço. Transportar sacos é trabalhar. Estudar também é trabalhar. Em Física, a palavra trabalho utiliza-se com um significado próprio, embora relacionado com o sentido comum da palavra. Trabalho é uma forma de transferência de energia, mas, para que ocorra é necessário a atuação de uma força. Nem sempre, as forças atuam na mesma direção que o movimento do corpo.

3 TRABALHO É uma forma de energia W É uma grandeza escalar Unidade: JOULE

4 TRABALHO Obtido quando uma força aplicada a um corpo causa deslocamento. Trabalho realizado por uma força constante Se o módulo da força F é constante ao longo do deslocamento s, o trabalho pode ser calculado por meio da expressão:

5 TRABALHO W Força Deslocamento Não ser perpendicular W = F x d x cos a

6 TRABALHO O trabalho é positivo quando a força e o deslocamento do centro de massa têm a mesma direção e sentido: O trabalho é negativo quando a força e o deslocamento do centro de massa têm a mesma direção e sentido oposto:

7 Sempre que se aplica uma força constante a um sistema, esta contribui para o aumento da energia do centro de massa? 1) Quando a força constante e o deslocamento têm a mesma direção e o mesmo sentido, o ângulo α tem a amplitude de zero graus. cos 0º = 1 TRABALHO MOTOR F V M > 0

8 TRABALHO RESISTENTE 2) Quando a força constante e o deslocamento têm a mesma direcção e sentidos opostos, o ângulo α é de 180º graus. cos 180º = -1 < 0, trabalho é negativo ou resistente. A ação da força contribui para a diminuição da energia do centro de massa do sistema. V F R < 0

9 TRABALHO NULO 3) Quando a força constante e o deslocamento têm direções perpendiculares, o ângulo α é de 90º graus. cos 90º = 0 = 0, trabalho é nulo Não há variações da energia do centro de massa durante o deslocamento. N = 0

10 TRABALHO NULO A força centrípeta não realiza trabalho Fcp = 0, pois a força é perpendicular ao deslocamento. Um satélite em MCU tem velocidade escalar constante: a energia cinética não varia e o trabalho da força agente é nulo.

11 TRABALHO NULO Se um de vocês empurrar uma parede, haverá realização de trabalho? A força constante que uma pessoa exerce numa parede não realiza trabalho porque não há deslocamento do seu ponto de aplicação (Δx = 0m). Não há transferência de energia para a parede. No entanto, a pessoa despende energia (transpira) que cede à vizinhança do sistema.

12 TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA VARIÁVEL: Se a força não é constante durante o movimento o trabalho será numericamente igual à área compreendida entre o gráfico F x d e o eixo das abcissas. Como A 1 está acima do eixo horizontal, o trabalho desse trecho é positivo. Já o trabalho no trecho A 2 é negativo, pois a região está abaixo do eixo. Temos, então:

13 W = E N F W F E x x

14 ENERGIA As Leis de Newton nos permitem analisar muitos tipos de movimento. Mas, sua análise muitas vezes é complicada, exigindo detalhes que simplesmente desconhecemos. Há muito tempo, percebeu-se que existe uma outra técnica, mais poderosa, para a análise dos movimentos. Esta outra técnica envolve a energia.

15 ALGUMAS FRASES COM A PALAVRA ENERGIA A liberação da energia atômica mudou tudo, menos nossa maneira de pensar. Albert Einstein Se tudo o que existe no mundo possuísse uma fonte de energia, com certeza a minha seria você.desconhecido Se alguém lhe bloquear a porta, não gaste energia com o confronto, procure as janelas. Lembre-se da sabedoria da água."a água nunca discute com os seus obstáculos... mas os contorna."augusto Cury

16 ENERGIA Embora seja uma palavra familiar, é algo de difícil definição, mas podemos perceber as suas manifestações.

17 É a energia radiante emitida pelo Sol. Fornece calor e Luz. ENERGIA SOLAR

18 ENERGIA QUÍMICA É produzida por transformações químicas. Liberada pelos alimentos, nutre todos os seres vivos para que seus corpos possam funcionar. Os carros, os aviões e os barcos dependem da energia de combustão da gasolina ou do diesel.

19 ENERGIA QUÍMICA Uma velha locomotiva a vapor transforma energia química em energia cinética. A combustão de madeira ou carvão na caldeira é uma reação química que produz calor, obtendo vapor que dá energia à locomotiva.

20 ENERGIA EÓLICA É a energia produzida pelo vento. Ela é que faz, por exemplo, girar moinhos e acionar barcos à vela.

21 ENERGIA ELÉTRICA É a energia que, nas residências, proporciona iluminação e calefação. Geralmente é convertida em outras formas de energia para realizar trabalho.

22 ENERGIA NUCLEAR É a energia liberada quando certos átomos são divididos. É usada, por exemplo, para produzir eletricidade e acionar submarinos. Uma usina de energia nuclear. Vapor não-radioativo sai das torres de resfriamento

23 PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA A energia nunca é criada nem destruída, mas apenas transformada de um tipo em outro ( ou outros). O total da energia existente antes da transformação é igual ao total da energia obtido depois da transformação.

24 ENERGIA Podemos associar a energia ao movimento... Exemplo: Energia Cinética onde: m = massa do corpo v = velocidade do corpo

25 NO ENTANTO um corpo pode estar em repouso e possuir energia apenas devido a posição que ele ocupa. Exemplo: Energia Potencial onde: m = massa do corpo g = aceleração da gravidade h = altura Obs.: A energia potencial gravitacional depende do nível de referência a partir do qual é medida a altura.

26 ...O TRABALHO DA FORÇA PESO INDEPENDE DA TRAJETÓRIA DESCRITA PELO CORPO...

27 A água de uma cachoeira... pode movimentar uma turbina... e gerar energia elétrica. Sua caracterização será feita através da descrição de várias modalidades de energia e da explicação de fenômenos da natureza.

28 CURIOSIDADE: PISANDO EM LÍQUIDOS 1. Gotas microscópicas de um metal condutor são colocadas em dois reservatórios plásticos: um perto dos dedos. O outro, do calcanhar. 2. Os reservatórios se conectam por um tubo serpenteado cheio de nanoeletrodos. 3. Ao andar, você coloca ora o calcanhar, ora os dedos no chão, fazendo com que o metal líquido se desloque de uma ponta do pé à outra. 4. A ida e volta do líquido gera uma corrente elétrica, que carrega os eletrodos. 5. A energia, então, é armazenada em uma bateria, na dianteira dos pés. 6. Uma micro-entrada USB permite conectar os eletrônicos para carregálos.

29 ENERGIA POTENCIAL Energia potencial elástica: aparece quando distendemos uma mola (ou elástico) dentro dos limites do material e ela tende a retomar sua posição original. Depende da constante elástica k do material e da distensão (ou compressão) x em relação ao comprimento de repouso da mola.

30 GRÁFICO DA ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA

31 GRÁFICO (E PEL x E C )

32 FORMAS FUNDAMENTAIS DE ENERGIA As diferentes designações atribuídas à energia correspondem apenas a duas formas fundamentais de energia: Energia cinética que está associada ao movimento. Esta é a energia que associamos ao vento, à água em movimento, à corrente eléctrica no circuito, ao som e à agitação das partículas do ar junto de um aquecedor. Energia potencial que corresponde à energia armazenada em condições de poder ser utilizada. Obs.: Esta é a energia acumulada numa bateria, nos alimentos e nos combustíveis.

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34 FORÇAS CONSERVATIVAS São aquelas as quais está associada uma energia potencial, como o peso e a força elástica. Quando um corpo está sob a ação de uma força conservativa que realiza trabalho resistente, a energia cinética diminui, mas em compensação ocorre um aumento da energia potencial. Quando a força conservativa realiza trabalho motor, a energia cinética aumenta, o que ocorre com a diminuição equivalente da energia potencial.

35 CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA Ec + Ep = constante A energia mecânica de um sistema permanece constante quando este se movimenta sob a ação de forças conservativas e eventualmente de outras forças que realizam um trabalho nulo.

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39 SISTEMAS NÃO CONSERVATIVOS

40 POTÊNCIA MÉDIA Qual a diferença? O tempo Δt de realização do trabalho Potência média = W/ t W motor = peso elevador x h. Como os pesos e as alturas de elevação são iguais, o trabalho dos motores são iguais. Mede a rapidez com que um trabalho é realizado ou a rapidez com a energia é transformada ou transferida. Unid(Pot) = Unid(W)/Unid( t) Unid(Pot) = joule/ segundo = 1 watt = 1 W

41 POTÊNCIA INSTANTÂNEA v = Δd/Δt F Pot = W/Δt W = F.Δd Δd Deslocamento no intervalo de tempo Δt Pot = F.Δd/Δt v Pot = F.v