Prof. Marim. Física 1

Transcrição

1 Física 1

2 FÍSICA 1 TRABALHO ENERGIA POTENCIAL Definição de Trabalho Teorema do Trabalho e Energia Cinética

3 FÍSICA 1 TRABALHO ENERGIA POTENCIAL Trabalho realizado por uma força: Trabalho realizado por uma força conservativa:

4 Forças Conservativas Uma força é dita conservativa quando o seu trabalho é independente da trajetória. Em outras palavras, ao se mover, sob ação dessa força, uma partícula de um ponto A até um ponto B, o trabalho é independente da trajetória percorrida entre eles. As forças conservativas conservam a energia do sistema estudado. Forças Dissipativas Uma força que não é conservativa é chamada de força dissipativa. A força de atrito cinético e a força de arrasto são forças dissipativas. As forças dissipativas não conservam a energia do sistema estudado.

5 Independência da Trajetória para o Trabalho de Forças Conservativas O trabalho realizado por uma força conservativa é independente do percurso. Ou seja, para qualquer caminho escolhido, o trabalho realizado por uma força conservativa é o mesmo.

6 Independência da Trajetória para o Trabalho de Forças Conservativas O trabalho realizado por uma força conservativa sobre uma partícula que se move ao longo de qualquer percurso fechado é nulo.

7 Exemplo 8.1) A figura mostra um pedaço de 2,0 kg de queijo gorduroso que desliza por um trilho sem atrito do ponto a ao ponto b. O queijo percorre uma distância total de 2,0 m ao longo do trilho e uma distância vertical de 0,80 m. Qual é o trabalho realizado sobre o queijo pela força gravitacional durante o deslocamento?

8 Exemplo 8.1) U = 0

9 Exemplo 8.2) Uma preguiça de 2,0 kg está pendurada a 5,0 m acima do solo. Qual é a energia potencial gravitacional U do sistema preguiça-terra se tomamos o ponto de referência y = 0 como estando: (a) no solo? (b) no piso de uma varanda que está a 3,0 m acima do solo? (c) no galho onde está a preguiça? (d) 1,0 m acima do galho?

10 Exemplo 8.2) (a) no solo? 5, 0 m U = 0

11 Exemplo 8.2) (b) no piso de uma varanda que está a 3,0 m acima do solo? 2, 0 m U = 0

12 Exemplo 8.2) (c) no galho onde está a preguiça? U = 0

13 Exemplo 8.2) (d) 1,0 m acima do galho? 1, 0 m U = 0

14 Energia Potencial Gravitacional A energia potencial gravitacional associada a um sistema partícula-terra depende apenas da posição vertical y (ou altura) da partícula em relação à posição de referência y = 0 e não da posição horizontal. Energia Potencial Elástica Se considerarmos que uma mola apresenta comportamento ideal, ou seja, que toda energia que ela recebe para se deformar ela realmente armazena, podemos escrever que a energia potencial acumulada nessa mola vale:

15 Exercício 1) Um bloco de massa 0,60 kg é abandonado, a partir do repouso, no ponto A de uma pista no plano vertical. O ponto A está a 2,0 m de altura da base da pista, onde está fixa uma mola de constante elástica 150 N/m. São desprezíveis os efeitos do atrito. Qual a máxima compressão da mola? A B C

16 Exercício 2) Um bloco de massa m = 0,5 kg atinge uma mola com velocidade v = 4 m/s. Determine a deformação sofrida pela mola até o corpo parar. Despreze os atritos e considera a constante elástica da mola igual a 800 N/m.

17 Exercício 3) Você deixa cair um livro de 2,00 kg para uma amiga que está na calçada, a uma distância D = 10,0 m abaixo de você. Se as mãos estendidas da sua amiga estão a uma distância d = 1,5 m acima do solo. (a) Qual é o trabalho W g realizado sobre o livro pela força gravitacional até ele cair nas mão da sua amiga? (b) Qual é a variação U da energia potencial gravitacional do sistema livro-terra durante a queda? Se a energia potencial gravitacional U do sistema é considerada nula no nível do solo, qual é o valor de U: (c) quando você deixa cair o livro; (d) quando ele chega às mãos da sua amiga. Suponha agora que o valor de U é 100 J ao nível do solo e calcule novamente: (e) W g ; (f) U; (g) U no ponto onde você deixou cair o livro; (h) U no ponto em que chegou à mãos da sua amiga,

18 Exercício 3) m = 2,00 kg; D = 10,0 m; d = 1,5 m.

19 Exercício 4) Um bloco de massa m = 2,0 kg é deixado cair de uma altura h = 40 cm sobre uma mola de constante elástica k = 1960 N/m. Determine a variação máxima de comprimento da mola ao ser comprimida.

20 Exercício 5) Um pequeno bloco de massa m = 0,032 kg pode deslizar em uma pista sem atrito que forma um loop de raio R = 12 cm. O bloco é liberado a partir do repouso no ponto P, a um altura h = 5.R acima do ponto mais baixo do loop. Qual é o trabalho realizado sobre o bloco pela força gravitacional enquanto o bloco se desloca do ponto P para: (a) o ponto Q; (b) o ponto mais alto do loop? Se a energia do sistema bloco-terra for tomada como nula na base do loop, quanto valerá essa energia potencial quando o bloco estiver: (c) no ponto P. (d) no ponto Q. (e) no topo do loop. (f) Se, em vez de ser simplesmente liberado, o bloco recebe uma velocidade inicial para baixo ao longo da pista, as respostas dos itens de (a) até (e) aumentam, diminuem ou permanecem as mesmas?

21 Exercício 6) A figura mostra uma pedra de 8,00 kg em repouso sobre uma mola. A mola é comprimida de 10,0 cm pela pedra. (a) Qual é a constante elástica da mola? (b) A pedra é empurrada mias 30,0 cm para baixo e liberada. Qual é a energia potencial elástica da mola comprimida antes de ser liberada? (c) Qual é a variação da energia potencial gravitacional do sistema pedra- Terra quando a pedra se desloca do ponto onde foi liberada até a altura máxima? (d) Qual é essa altura máxima, medida a partir do ponto onde a pedra foi liberada?

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