Transferência/Transformação de energia

Transcrição

1 Transferência/Transformação de energia As tranferências e as transformações de energia podem esquematizar-se recorrendo, por exemplo, a diagramas de Sankey. Transferência de energia Transformação de energia São precisos 2 sistemas Ocorre no interior do próprio sistema

2 Transferência/Transformação de energia Sistemas complexos São sistemas em que para o estudo das transferências e/ou transformações que nele ocorrem, é necessário considerar a sua energia mecânica, a sua energia interna, e as variações destas energias. O η de qualquer transferência ou transformação de energia nunca será 100 % de acordo com a 2ª Lei da termodinâmica O valor da energia total mantém-se constante - Lei da conservação da energia.

3 MODELO DA PARTÍCULA MATERIAL SISTEMA DE PARTÍCULAS REPOUSO/MOVIMENTO? QUAL O TIPO DE MOVIMENTO DA PARTÍCULA? Estudar o movimento do sistema equivale a estudar o movimento de todas as partículas que o constituem? Não. O modelo da partícula material pode ser aplicado a um sistema mecânico que se mova com movimento de translação, mas as variações de energia interna são desprezáveis.

4 MODELO DA PARTÍCULA MATERIAL NO MODELO DE PARTÍCULA MATERIAL A posição relativa das partículas constituintes dos sólidos indeformáveis é constante a energia potencial interna do sistema é constante. No movimento de translação, todas as partículas constituintes destes sistemas efectuam o mesmo tipo de movimento a velocidade de cada uma delas é igual. O movimento de um sistema mecânico constituído por um sólido indeformável que se move com movimento de translação, pode ser estudado usando um dos seus pontos - o centro de massa (CM).

5 MODELO DA PARTÍCULA MATERIAL CENTRO DE MASSA DE UM SISTEMA É um ponto que se desloca como se possuísse massa igual à do sistema e como se todas as forças que actuam no sistema estivessem aplicadas nesse ponto. A utilização do CM para estudar o movimento de determinado sistema equivale a reduzir o sistema a uma única partícula.

6 MODELO DA PARTÍCULA MATERIAL DETERMINAÇÃO DO CENTRO DE MASSA DE UM SISTEMA

7 MODELO DA PARTÍCULA MATERIAL SÓ É VÁLIDO QUANDO: Os sistemas são sólidos em movimento de translação, isto é, todos os pontos do sistema se movem do mesmo modo e com a mesma velocidade. Não existe deformação do sistema, ou seja, a variação da sua energia potencial interna é nula. As trocas de energia do sistema, sob a forma de calor e radiação, são nulas ou desprezáveis, ou seja, a variação da energia interna do sistema é zero ou próxima de zero. Têm que se verificar simultaneamente estas três situações.

8 MODELO DA PARTÍCULA MATERIAL VÁLIDO OU NÃO VÁLIDO? Sistemas termodinâmicos Sistemas deformáveis

9 EXERCÍCIO Duas forças constantes F 1 e F 2 actuam no centro de massa de um corpo rígido. As intensidades das forças são, respectivamente, 60 N e 30 N. O centro de massa deslocase 0,5 m. Qual é a quantidade de energia transferida para o centro de massa?

10 EXERCÍCIO

11 EXERCÍCIO

12 REPRESENTAÇÃO DE FORÇAS CONSTANTES CARACTERÍSTICAS DAS GRANDEZAS VECTORIAIS As forças são grandezas vectoriais caracterizadas por: As forças representam-se por segmentos de recta orientados:

13 REPRESENTAÇÃO DE FORÇAS CONSTANTES

14 SEGUNDA LEI DE NEWTON F = m x a Verifica-se experimentalmente que o aumento ou a diminuição da energia interna do sistema é máxima quando a direcção de aplicação da força coincide com a direcção do movimento do sistema. A transferência de energia é máxima. A transferência de energia não é máxima.

15 PROJECÇÃO DA FORÇA NA DIRECÇÃO DO DESLOCAMENTO Quando a direcção de aplicação de uma força num sistema não coincide com a direcção do movimento, a transferência de energia sob a forma de trabalho será tanto maior quanto maior for a projecção dessa força na direcção do movimento.

16 TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA CONSTANTE A força que contribui para a alteração da energia do sistema chama-se força eficaz. FÍSICAMENTE O trabalho realizado por uma força que actua em determinado sistema mede a quantidade de energia transferida da sua vizinhança para o sistema ou do sistema para a sua vizinhança. MATEMATICAMENTE É dado pela expressão.

17 TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA CONSTANTE

18 TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA CONSTANTE Existem diferentes maneiras de representar simbolicamente o trabalho realizado por uma força: T = = W HORIZONTAL OBLÍQUA

19 TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA CONSTANTE

20 TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA CONSTANTE

21 TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA CONSTANTE

22 TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA CONSTANTE

23 EXERCÍCIO Um corpo, cujo peso é de 1200 N, desloca-se por acção de uma força, paralela à superfície de um plano inclinado de 30º. O plano inclinado tem a altura de três metros. A velocidade do centro de massa é constante e despreza-se o atrito. Qual é o valor do trabalho realizado pela força?

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25 I. EXERCÍCIO

26 EXERCÍCIO II.

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29 EXERCÍCIO

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33 ALGUNS CASOS PARTÍCULARES

34 SISTEMAS DE VÁRIAS FORÇAS Num movimento de translação, o trabalho realizado pela resultante das forças aplicadas é igual à soma dos trabalhos realizados por cada uma delas.

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38 ACÇÃO DAS FORÇAS DISSIPATIVAS CHAMAM-SE FORÇAS DISSIPATIVAS AS FORÇAS QUE PROVOCAM A DIMINUIÇÃO DA ENERGIA DOS SISTEMAS ONDE ACTUAM O atrito pode ser útil ou prejudicial conforme as diferentes situações em que actua.

39 ACÇÃO DAS FORÇAS DISSIPATIVAS O curling é uma modalidade olímpica desde Joga-se com pedras, de 19 Kg, feitas de granito muito polido que deslizam sobre uma pista de gelo. A distância e a velocidade com que as pedras deslizam é controlada pelos varredores que usando vassouras feitas de pêlo de porco ou material sintético varrem o gelo diminuindo o atrito.

40 ACÇÃO DAS FORÇAS DISSIPATIVAS

41 FORÇAS DE ATRITO Diminuir o atrito aumenta a eficiência na transferência de energia para o sistema. Para aumentar o atrito pode-se: Aumentar a rugosidade das superfícies em contacto; Cobrir as superfícies em contacto com materiais que provoquem mais atrito.

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