Trabalho e Energia

Prévia do material em texto

Trabalho e Energia
Volume 3 - Frente A - Capítulo 8
TRABALHO DE UMA FORÇA
Força: agente físico capaz deformar e/ou acelerar o corpo sobre o qual 
atua.
PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE 
ENERGIA
Ao saltar, a sua velocidade é praticamente zero. 
Devido à ação do peso, o saltador cai, perdendo 
altura em relação ao chão e adquirindo velocidade. 
Podemos dizer que é devido à ação do peso que a 
energia potencial gravitacional é transformada em 
cinética. Isso não ocorre em um único instante: 
para que isso ocorra, o corpo deve executar 
deslocamento diferente de zero. Da mesma 
maneira, quando o elástico estica ao máximo e 
começa a puxar o aventureiro para cima, após o 
corpo executar certo deslocamento, energia 
potencial elástica se transforma em energia 
cinética. Essa transformação ocorre porque há 
força elástica aplicada no corpo.
PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE 
ENERGIA
Nas duas situações citadas, para que a energia 
seja transformada, forças estavam aplicadas nos 
corpos, que por sua vez executaram certo 
deslocamento. Isso pode ser generalizado: por 
exemplo, podemos dizer que, para que haja 
transformação de energia, deve haver forças 
aplicadas em corpos que executam 
deslocamentos.
Há uma grandeza na Física que indica de maneira 
mais precisa se uma força aplicada em um corpo 
pode ou não ter relação com a transformação de 
energia de um corpo; tal grandeza é denominada 
trabalho de uma força, que estudaremos a seguir.
TRABALHO DE UMA FORÇA 
CONSTANTE
O trabalho de uma força é definido como uma grandeza escalar correspondente ao 
produto da força pelo deslocamento, desde que a força e o deslocamento tenham 
mesma direção e sentido.
TRABALHO DE UMA FORÇA 
CONSTANTE
Observações:
• Trabalho de uma força é uma grandeza escalar, portanto, não apresenta direção e 
sentido, apenas intensidade.
• O trabalho pode ser positivo ou negativo. O sinal depende do ângulo θ entre a força 
e o deslocamento.
TRABALHO DE UMA FORÇA 
CONSTANTE
TRABALHO DE UMA FORÇA 
CONSTANTE
Trabalho Motor: é quando a força e o deslocamento têm mesma direção e sentido. O 
trabalho é um número positivo. τ > 0 
Trabalho Resistente: é quando a força e o deslocamento têm mesma direção e 
sentidos contrários. O trabalho é um número negativo. τmaior for a defor-
mação, maior a energia potencial que lhe é 
associada.
Sendo k a constante elástica da mola e x sua 
deformação, podemos assim calcular a energia
potencial elástica:
A energia potencial elástica depende da elasticidade da 
mola (k) e do quanto ela está deformada (x). Quanto mais 
a mola estiver deformada, maior a energia potencial 
elástica.
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
Energia Mecânica – Sistemas 
Conservativos
http://www.youtube.com/watch?v=8429u2iwElE&t=128
Sistemas Conservativos
Se pensarmos em um trabalho onde o deslocamento não influencia em seu valor 
numérico, teremos o que chamamos de forças conservativas, ou seja, aquelas cujo 
trabalho independe da trajetória. A força Peso é um exemplo de força conservativa, 
pois independente de qual a trajetória que o corpo irá percorrer.
Pensando no oposto, as forças não-conservativas, são aquelas em que o trabalho 
depende da trajetória percorrida. A força de atrito, a resistência do ar, a força 
normal, todas são exemplos de forças não-conservativas. Nesse esquema o corpo, 
ao percorrer um determinado espaço terá correspondente um trabalho único, 
diferente de qualquer outro caso varie o seu deslocamento.
Transformações de Energia Mecânica
Transformações de energia estão muito presentes nos fenômenos que 
presenciamos no nosso cotidiano. Para que nos movamos em um ônibus, 
diversas modificações energéticas são necessárias. A primeira delas ocorre 
quando o motorista, ao dar partida no ônibus, espera que a bateria transforme 
energia química em energia elétrica que fará o motor a girar. Daí por diante, a 
explosão da gasolina nos cilindros do motor gerará energia térmica suficiente 
para mover os pistões, que farão as rodas girar associando a elas certa 
quantidade de energia cinética. O carro se move e parte de sua energia cinética 
se transforma em calor por causa do trabalho da força de atrito dos pneus com o 
solo, ou do trabalho da força de resistência do ar. Ao frear, a energia cinética do 
ônibus se transforma em energia térmica nos freios e, vez por outra, em energia 
sonora, em uma derrapagem, por exemplo. Em nossa vivência, sempre estaremos 
em contato com alguma modificação de energia.
Sistemas Conservativos
Sistemas Conservativos
Toda vez que o trabalho das forças não conservativas é nulo, podemos afirmar 
que o sistema é conservativo, logo, sua energia mecânica é constante.
Energia Mecânica – Sistemas 
Conservativos
Você já reparou que, em uma montanha-russa, a altura em que o carrinho inicia a 
primeira descida é maior dentre todas e que, portanto, ele não atinge essa altura 
em nenhuma outra ocasião? Para entender por que isso ocorre, vamos supor que 
alguém tenha descoberto como eliminar totalmente o atrito que sempre 
acompanha o movimento e que resolva aplicar sua descoberta à construção de 
uma montanha-russa.
Energia Mecânica – Sistemas 
Conservativos
Logo, a pessoa percebe que, ao contrário do que 
ocorre na realidade, a altura inicial do carrinho pode 
ser alcançada infinitas vezes. 
Numa montanha-russa ideal, em qualquer posição que 
o carrinho esteja, a soma das suas energias cinética e 
potencial terá sempre o mesmo valor. Essa soma é 
chamada de energia mecânica. Sistemas em que a 
energia mecânica total se mantém constante são 
chamados sistemas conservativos. 
EM = EC + EP
Em um sistema conservativo -> EM = constante
Energia Mecânica – Sistemas 
Conservativos
Você já reparou que, em uma montanha-russa, a altura em que o carrinho inicia a 
primeira descida é maior dentre todas e que, portanto, ele não atinge essa altura em 
nenhuma outra ocasião?
Para entender por que isso ocorre, vamos supor que alguém tenha descoberto como 
eliminar totalmente o atrito que sempre acompanha o movimento e que resolva aplicar 
sua descoberta à construção de uma montanha-russa. 
EM = EC + EP + 
EPel
Energia Mecânica – Sistemas 
Conservativos
Você já reparou que, em uma montanha-russa, a altura em que o carrinho inicia a 
primeira descida é maior dentre todas e que, portanto, ele não atinge essa altura em 
nenhuma outra ocasião?
Para entender por que isso ocorre, vamos supor que alguém tenha descoberto como 
eliminar totalmente o atrito que sempre acompanha o movimento e que resolva aplicar 
sua descoberta à construção de uma montanha-russa. 
EMA = EMB = EMC = EMD
Energia Mecânica – Sistemas 
Conservativos
É por isso que o carrinho, em uma montanha-russa sem atrito, pode voltar a atingir o 
ponto mais alto infinitas vezes. A energia mecânica que ele possui no início é a mesma da 
chegada. Numa montanha-russa idealizada, os passageiros embarcariam numa viagem 
sem fim, subindo e descendo rampas indefinidamente, nada havendo para deter o 
carrinho, que, naturalmente, não pararia jamais.
Energia Mecânica – Sistemas 
Dissipativos
Se houver atrito, haverá perda de energia, e assim, a energia mecânica será:
EMA ≠ EMB ≠ EMC ≠ EMD
Energia Mecânica e Sistemas 
Conservativos
Energia Mecânica 
https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park/latest/energy-skate-park_en.html
Exercício
Exercício
Exercício
Juntos aprendemos mais 
OBRIGADO!
Obrigado e bons 
estudos!!!