Física – Matutino- 2º A do ensino médio – Profª Jacqueline
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Aula: Potência e trabalho mecânico
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https://www.educabras.com/vestibular/materia/fisica/mecanica_cinematica/aulas/trabalho_e_potencia
Tem 2 exercícios no final da explicação.
TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA CONSTANTE
Consideremos um corpo que, sob a ação de uma força constante efetua um deslocamento (Fig. 1).
O trabalho da força ao longo desse deslocamento é definido por:
τ = F.d..cos
onde é o ângulo formado entre e .
No sistema Internacional a unidade de trabalho é o joule (J).
Diagrama Força Tangencial x Deslocamento
Esta propriedade permite o cálculo do trabalho realizado por forças constantes e variáveis. Neste gráfico a força é analisada do ponto de vista escalar.
O trabalho é positivo quando a força é a favor do movimento (Trabalho motor)
O trabalho é negativo quando a força é contra o movimento (Trabalho resistente)
Trabalho Realizado Pela Força Peso (p)
Qualquer que seja a trajetória entre os pontos A e B, tem-se que:
onde g é a aceleração da gravidade e h é o desnível entre os pontos A e B.
Se o ponto final estiver abaixo do ponto inicial, isto é, o corpo desceu, o trabalho é positivo. Se o ponto final estiver acima do ponto inicial, isto é, o corpo subiu, o trabalho é negativo.
de A para B (desce): p > 0
de B para A (sobe): p < 0
Trabalho de uma força centrípeta
Consideremos agora o caso de um corpo em movimento circular. Nesse caso, sabemos que deve haver uma força apontando para o centro da trajetória. (Fig. 3).
Para calcular o trabalho de devemos dividir a trajetória em pequenos pedaços (Fig. 4) e calcular o trabalho em cada pedaço. Mas, em cada pedaço a força é perpendicular ao deslocamento e assim, em cada pedaço o trabalho é nulo. Portanto o trabalho de é nulo:
Potência
Quando uma força está realizando trabalho, às vezes estaremos interessados em saber a rapidez com que esse trabalho está sendo feito. Para medir essa rapidez, definimos a Potência Média (Pm) da força por:
onde é o trabalho realizado num intervalo de tempo . No Sistema Internacional de Unidades a potência é expressa em watts (W).
Potência e velocidade
Consideremos uma força constante atuando num corpo em um deslocamento , durante um intervalo de tempo (Fig.1). A potência média de nesse intervalo de tempo será:
Para constante :
Pm = F . Vm . cos
Quando a força é paralela ao deslocamento
P = F . V
Outras unidades de potência:
Diagrama Potência x Tempo
Essa propriedade permite o cálculo do trabalho realizado por forças constantes e variáveis.
Potência e energia
O conceito de potência aplica-se também quando um corpo está recebendo ou fornecendo energia.
Suponhamos que, num certo intervalo de tempo , um corpo receba (ou forneça) uma energia E. A potência média recebida (ou fornecida) nesse intervalo de tempo é:
Como a unidade de energia é igual à unidade de trabalho, também nesse caso, a unidade de potência é o watt (ou Hp ou cv).
Continua valendo também a propriedade da área. Num gráfico da potência recebida (ou fornecida) por um corpo, em função do tempo (Fig.5) a área da figura sombreada é numericamente igual à energia recebida (ou fornecida) pelo corpo, no intervalo de tempo .
A energia E pode ser uma energia mecânica mas poder também ser um outro tipo de energia como por exemplo, a energia elétrica ou o calor.
Exemplo:
(Espcex) Um bloco, puxado por meio de uma corda inextensível e de massa desprezível, desliza sobre uma superfície horizontal com atrito, descrevendo um movimento retilíneo e uniforme. A corda faz um ângulo de 53° com a horizontal e a tração que ela transmite ao bloco é de 80 N. Se o bloco sofrer um deslocamento de 20 m ao longo da superfície, o trabalho realizado pela tração no bloco será de:
(Dados: sen 53° = 0,8 e cos 53° = 0,6)
Resolução:
Para respondermos a essa questão, é necessário utilizar a fórmula do trabalho, mas também identificar os dados pertinentes no enunciado, que são a força, a distância e o cosseno do ângulo. Em seguida, é necessário fazer o cálculo a seguir:
Exercícios
1 Um bloco de massa igual a 7 Kg é levantado a uma altura de 10 m. Calcule o trabalho realizado pela força peso sabendo que a gravidade no local é 10m/s2.
2 (PUC-BA) A força F de módulo 30N atua sobre um objeto formando um ângulo constante de 60o com a direção do deslocamento do objeto. Dados: sen 60o= √3/2, cos 60o=1/2. Se d=10m, o trabalho realizado pela força F, em joules, é igual a:
