CAPÍTULO 4 ENERGIA. Onde: E c = energia cinética, em joules (J); m = massa do corpo, em Kg; v = velocidade do corpo, em m/s.

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1 Física

2 CAPÍTULO 4 ENERGIA Em física, o conceito de energia pode ser analisada de diversas formas. De um modo geral, a energia pode ser definida como a capacidade de realizar determinada atividade ou como o resultado da realização da mesma. A energia vem sido estudada por vários séculos, onde o ser humano vem tentando usá-la cada vez mais para lhe proporcionar conforto, qualidade de vida e mais facilidade nos trabalhos. No Sistema Internacional de Unidades, energia é medida em joules (J). Energia cinética: A energia cinética, é a energia relacionada ao movimento. Portanto, quando um corpo está em movimento, ele adquire essa espécie de energia. A energia cinética pode ser definida matematicamente como: Onde: E c = energia cinética, em joules (J); m = massa do corpo, em Kg; v = velocidade do corpo, em m/s. EXEMPLO: Calcule a energia cinética de um corpo de 20 Kg, a uma velocidade de 3 m/s. E c = (m. v²)/2 -> E c = (20. 3²)/2 = (20.9)/2 = 180/2 = 90 J Energia Potencial: Ao contrário da energia cinética, que é relacionada ao movimento, a energia potencial está relacionada ao repouso dos corpos.

3 Ela pode ser classificada em duas: Energia potencial gravitacional e energia potencial elástica. A energia potencial gravitacional está ligada à altura dos objetos em relação a um referencial. Já a energia potencial elástica é a energia armazenada pelos corpos com natureza elástica, como por exemplo, uma mola. A energia potencial gravitacional pode ser calculada utilizando a seguinte equação: E pg = energia potencial gravitacional, em joules (J); m = massa do corpo, em Kg; g = aceleração da gravidade, em m/s²; h = altura, em metros (m). EXEMPLO: Um corpo de massa de 5 kg está posicionado a uma altura de 30m. Calcule a energia potencial gravitacional desse corpo, considerando a aceleração da gravidade 10 m/s². E pg = m. g. h -> E pg = = 1500 J

4 No caso da energia potencial elástica, que está associada à energia armazenada na deformação dos corpos, pode ser calculada utilizando a equação: Onde: E PE = Energia potencial elástica, em joules (J); k = constante elástica da mola, em N/m. x = deformação da mola, em metros (m). EXEMPLO: Calcule a energia potencial elástica armazenada em uma mola, cuja constante elástica é 100 N/m, que está comprimida, apresentando uma deformação de 0,5 m. E PE = (k.x²) / 2 = (100. 0,5²) / 2 = (100. 0,25) / 2 = 12,5 J Trabalho de uma força Em física, quando um corpo gasta energia para realizar determinada atividade, onde existe deslocamento, dizemos que na situação houve o trabalho de uma força. Por se tratar de uma determinada energia gasta no processo, então a unidade de medida de Trabalho é a mesma utilizada para a energia potencial e energia cinética, isto é, o joule (J). O trabalho de uma força pode ser calculado da seguinte forma:

5 Onde: T = trabalho, em joules (J); F = força, em newton (N); cos = cos do ângulo entre a força e o deslocamento EXEMPLOS Exemplo 1 Calcule o trabalho realizado, onde uma mulher arrasta uma mala exercendo uma força de 50 N, por 3 metros, onde o ângulo entre a força exercida e o deslocamento, seja de 60º. Adote cos 60º = 0,5. T = F. d. cos ϴ / T = cos 60º = ,5 = 75 J

6 EXEMPLO 2 Desta vez, considere um homem que arrasta um bloco por uma distância de 6 m, onde a força exercida é paralela ao deslocamento. Nessas condições, calcule o trabalho de uma força aplicada de 30 N. Considere cos 0º = 1 RESOLUÇÃO: Para resolver este problema, é importante interpretar o que a frase força exercida paralela ao deslocamento significa. Significa que o ângulo entre a força e o deslocamento, é zero, isto é, estão na mesma direção e no mesmo sentido. Portanto: T = F. d. cos ϴ / T = cos 0º = = 180 J Potência Quando uma força realiza trabalho, ela executa esse trabalho com uma determinada eficiência. Este enunciado, pode ser compreendido como POTÊNCIA, que nada mais é do que a quantidade de energia concedida por uma fonte a cada unidade do tempo, isto é, a rapidez que determinada quantidade de energia é transformada ou que com que o trabalho é realizado. Nos nossos estudos, iremos adotar todas as unidades de medida, de acordo com o SI (Sistema Internacional), sendo a unidade de medida de potência, o watt (W).

7 Onde: P = potência, em watt (W) Q = trabalho ou energia, em joule (J) t = tempo, em segundos (s) EXEMPLO: Calcule a potência de uma máquina que produz 500 J de trabalho em 2 s. P = Q/t = 500 / 2 = 250 W