FQ10_F1 1_2016-17

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10.º ano - Física e Química A
Professor: Benjamim Medeiros
Site: http://sites.google.com/site/benjamimfq/
Unidade 1.1 – Energia e Movimentos
Sistema Físico
O que é um “sistema físico”?
Sistema Físico: corpo ou conjunto de corpos em estudo.
Existem duas formas fundamentais de manifestações de energia:
- Energia Cinética.
- Energia Potencial.
Que tipos de energia pode ter um sistema físico?
O que é a energia cinética?
A energia cinética está associada ao movimento de um corpo.
Meta 1.1: Indicar que um sistema físico (sistema) é o corpo ou o conjunto de corpos em estudo.
Sistema Físico
Se velocidade é igual → maior massa → maior energia cinética
Se massa é igual → maior velocidade → maior energia cinética
E se as velocidades e massas são diferentes?
Aplicar a fórmula
Ex. 1: Determine, em unidades SI, a energia cinética de uma bola de
ténis de 200 g num serviço com uma velocidade de 198 km h–1.
Considere apenas o movimento de translação da bola.
Ex. 2: Qual terá de ser a velocidade de bicicleta+pessoa (m = 60 kg)
para ter a mesma energia cinética da bola no exercício anterior?
Meta 1.3: Aplicar o conceito de energia cinética na resolução de problemas envolvendo corpos que
apenas têm movimento de translação.
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E o que é a energia potencial?
Energia Potencial
Energia potencial: é uma energia armazenada em consequência
da sua posição, condição ou interação com outros corpos.
Existem muitas formas diferentes de energia potencial. A energia das
ligações químicas é, por exemplo, uma forma de energia potencial.
Que formas principais de energia potencial distinguimos?
Energia Potencial Elástica: associada à compressão/distensão
de corpos (molas, elásticos…).
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Energia Potencial
Energia Potencial Elétrica: associada à
interação entre cargas elétricas.
Esta figura não está de acordo com 
o Modelo da Nuvem Eletrónica
Energia Potencial Gravítica: associada à atração gravítica entre
o corpo junto à superfície e a Terra.
Exercício 1: Determine a energia potencial gravítica de uma bola de 1,5 kg
colocada a uma altura de 3,5 metros.
Exercício 2: Para uma bola de ténis (m = 200 g) ter a mesma energia potencial
que a bola anterior, a que altura deve ser colocada.
Meta 1.2: Associar a energia cinética ao movimento de um corpo e a energia potencial
(gravítica, elétrica, elástica) a interações desse corpo com outros corpos.
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E a energia pode transformar-se noutra forma de energia?
A energia cinética de um corpo pode transformar-se em energia
potencial (e vice-versa).
À soma da energia cinética de um corpo com a sua energia
potencial dá-se o nome de energia mecânica .
Energia Mecânica
Exercício: Num jogo de voleibol, uma bola, de massa 270 g, passa
entre dois jogadores da mesma equipa.
No ponto mais alto da trajetória, a bola possui uma energia mecânica
de 15,0 J. Considerando que a energia mecânica da bola se mantém
constante e que no lançamento a sua energia potencial gravítica é nula,
determine a velocidade com que ela é lançada, considerando apenas o
seu movimento de translação.
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Mas estas formas de energia dizem respeito ao sistema como um todo.
E a energia das partículas dentro do sistema?
Energia Interna
A energia interna de um sistema está associada às energias
cinética e potencial das suas partículas.
Como se manifesta a energia cinética interna de um sistema?
Energia cinética interna (Eci): associa-se ao movimento das
partículas a nível microscópico, manifesta-se na temperatura.
Maior temperatura (T) 
↓
maior agitação das partículas
↓
maior energia cinética interna
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Energia Interna
E em relação à energia potencial interna?
A energia potencial interna depende de vários fatores, nomeadamente do
tipo de ligações químicas, ligações intermoleculares…
Energia potencial interna (Epi): resulta das interações entre as
partículas que constituem o sistema a nível microscópico.
Maior massa (m) 
↓
maior o número de partículas
que constitui o sistema 
↓
maior número de interações 
↓
maior energia potencial interna.
A energia interna é maior no gobelé que tem maior 
massa.
Meta 1.4: Associar a energia interna de um sistema às energias cinética e potencial das suas
partículas.
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Qual a energia total de um sistema?
Sistema Mecânico vs Termodinâmico
A energia total de um sistema calcula-se por:
Etotal = Em + Eint
Temos de considerar em todos os sistemas a energia interna?
Sistema Termodinâmico: sistema em que consideramos
variações da energia interna, como a alteração do número de
partículas ou da alteração da temperatura.
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Sistema Mecânico vs Termodinâmico
Em algumas circunstâncias não é relevante, para o estudo que se
pretende efetuar, considerar os efeitos da energia interna.
Sistema Mecânico: sistema onde se considera apenas a energia
mecânica (faz mover ou alterar o movimento de um corpo). Neste
sistema não se considera a energia interna.
Meta 1.5: Identificar um sistema mecânico como aquele em que as
variações de energia interna não são tidas em conta.
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Mas para estudar o movimento do carro, interessa-me a energia interna?
Sistema Mecânico vs Termodinâmico
Caso se pretenda analisar apenas o movimento do carro, pode
considerar-se que este é um sistema mais simples.
Ou seja, para estudar apenas o movimento o carro é considerado um
sistema mecânico.
Para estudar o movimento do carro, considero todos os componentes?
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Centro de Massa
Ponto que representa um sistema e a que se associa a
massa do sistema.
Consideram-se aplicadas neste ponto todas as forças
que atuam sobre o sistema.
CENTRO DE MASSA
Quais as vantagens de reduzir um corpo ao seu centro de massa?
Vantagem: simplifica-se o estudo de um movimento de
translação de um corpo indeformável.
Podemos reduzir sempre um corpo ao seu centro de massa?
Limitações do uso do Centro de Massa:
- ignora variações de energia interna.
- não permite o estudo de movimentos de rotação.
- não permite o estudo de deformações. prof. Benjamim Medeiros (2016-2017)
Centro de Massa
Onde se localiza o centro de massa de um corpo?
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Meta 1.6: Indicar que o estudo de um sistema mecânico que possua apenasmovimento de translação pode
ser reduzido ao de uma única partícula com a massa do sistema,identificando-a com o centro de massa.
Como posso transferir energia para um corpo no dia-a-dia?
Força e Deslocamento
Para colocarmos um corpo em movimento, geralmente transferimos
energia para o corpo através da aplicação de uma força.
Sempre que se aplica uma força, toda ela é eficaz a mover o corpo?
Quando é aplicada uma força diagonal num corpo que se move na
horizontal, nem toda a força é eficaz para o movimento do corpo.
Componente Eficaz da Força: é a componente da força na
direção do deslocamento / movimento.
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Força e Deslocamento
Como se calcula a componente eficaz da força?
Para saber o valor as componentes usamos
as funções seno e co-seno:
Fx = F cos α
Fy = F sen α
Nota: como os movimentos estudados serão na horizontal, a
força eficaz será apenas a componente Fx.
Exercício: Sabendo que a força total
aplicada foi de 50 N, determine:
a) a componente eficaz da força.
b) a componente não eficaz da força.
Ângulo com a horizontal
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Como se denominada a transferência de energia através de forças?
Trabalho
Aplicação de uma força num caixote
Podem acontecer duas situações:
1) O caixote desloca-se 
2) O caixote não se desloca
Força 
aplicada
1) O caixote desloca-se
A ação da força aplicada pelo rapaz permitiu transferir energia do rapaz para o 
caixote. 
Trabalho (W) : processo de transferência de energia entre dois
sistemas (ou corpos) por ação de forças.
Deslocamento
adquire energia cinética
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Trabalho
2) O caixote não se desloca
A ação da força aplicada pelo rapaz não permitiu transferir energia do rapaz para 
o caixote.
A força aplicada sobre o caixote não realiza trabalho.
não adquire energia cinética
Nota: para haver a realização de trabalho é necessário:
- deslocamento causado pela força.
- componente da força na direção do deslocamento: força eficaz.
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Trabalho
Sendo o trabalho uma forma de transferência de energia, existe um
sujeito que fornece a energia e outro que a recebe.
Como se calcula o trabalho realizado por uma força?
O trabalho realizado por uma força constante calcula-se por:
Na realidade, será mais correto afirmar: WF = Feficazd
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Trabalho
Quer a força (F) como o deslocamento (d) são grandezas vetoriais.
O que são grandezas vetoriais?
Grandezas Vetoriais: caracterizadas por terem ponto de
aplicação, sentido, direção e valor.
�
�
= ����� � Ângulo entre os vetores
força e deslocamento
Pág. 18
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Trabalho
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Quando é que uma força não realiza trabalho?
Uma força realiza trabalho nulo, WF = 0, se:
- o deslocamento for zero (xi = xf).
- se a força é perpendicular ao deslocamento (α = 90º)
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Trabalho
O trabalho realizado por um corpo é sempre positivo?
A transferência de energia na forma de trabalho distingue-se em:
- Trabalho Potente (W > 0): se a força eficaz é no sentido do
movimento, faz aumentar a energia cinética (0m s-2 e o
atrito desprezável.
a) Represente todas as forças que atuam sobre o corpo.
b) Calcule o trabalho realizado pelo peso.
c) Com que velocidade atinge a base da rampa?
30°
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Trabalho do Peso
Exercício 2: Um carro com 2 toneladas sobe uma encosta com
uma inclinação de 7%, tendo percorrido 1500 m. Durante o
movimento atuou uma força de atrito constante de intensidade
400 N. Considere g = 10 m s-2.
a) Calcule o trabalho realizado pelo peso.
b) Calcule o trabalho realizado pela força de atrito.
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Trabalho do Peso
Temos duas formas principais de calcular o trabalho do peso:
1) Se sabemos a(s) altura(s) ou a percentagem de inclinação da
rampa � WFg = – ΔEpg = – m g Δh
2) Se sabemos o ângulo da rampa � WFg = ± Fg d cos α
“+” se o corpo desce � WFg é potente
“-” se o corpo sobe � WFg é resistente
ângulo com a 
vertical
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Como vimos no exercício anterior, no caso da força gravítica o seu trabalho é 
independente do caminho seguido. É assim para todas as forças?
Forças Conservativas e Não-Conservativas
Força Conservativa: o trabalho realizado pela força não
depende da trajetória, só depende das posições inicial e final.
Exemplos: força gravítica, força elástica...
Força Não-Conservativa: o trabalho realizado pela força
depende da trajetória.
Exemplo: força de atrito
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No estudo das forças conservativas e não-conservativas podemos considerar a 
energia mecânica. O que é a energia mecânica?
Energia Mecânica
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Meta 1.12:Definir e aplicar o conceito de energia mecânica.
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Qual a relação entre forças conservativas e a energia mecânica?
Conservação da Energia Mecânica
Se num corpo só as forças conservativas realizam trabalho,
consideramos que:
WFr = WFconservativas
Para apenas as forças conservativas realizarem trabalho temos 2 opções:
- não existem / são desprezáveis as forças não-conservativas.
- o trabalho total das forças não-conservativas é nulo.
Como se aplica isto se a única força a fazer trabalho for o peso (conservativo)?
Se a única força que realiza trabalho é o peso temos:
WFr = WFg
ΔEc = − ΔEpg
ΔEc + ΔEpg = 0
ΔEM = 0
EM = Ec + Epg
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Conservação da Energia Mecânica
Quando num corpo atuam apenas forças conservativas
(desprezáveis atritos e forças exteriores) temos:
ΔEM = 0 EM = constante Ec + Ep = constante
Que conclusões podemos retirar da afirmação anterior?
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Se apenas as forças conservativas fazem trabalho:
Ec ↔ Ep (sem perdas de energia)
Meta 1.13:Concluir, a partir do Teorema da Energia
Cinética, que, se num sistema só atuarem forças
conservativas, ou se também atuarem forças não
conservativas que não realizem trabalho, a energia
mecânica do sistema será constante.
Meta 1.14: Analisar situações do quotidiano sob o
ponto de vista da conservação da energia mecânica,
identificando transformações de energia (energia
potencial gravítica em energia cinética e vice-versa).
Nota: se existe conservação da energia, a massa do corpo não
tem influência no movimento do corpo. prof. Benjamim Medeiros (2016-2017)
E se atuarem forças não-conservativas?
Forças Não-Conservativas
Se atuam forças não-conservativas, temos que:
WFr = WFc + WFnc
ΔEc = −ΔEp + WFnc
ΔEc + ΔEp = WFnc
WFnc = ΔEM
Que tipo de trabalho podem efetuar as forças não-conservativas?
EM = constante � WFnc = 0 � trabalho nulo
EM � � WFnc > 0 � trabalho potente
EM � � WFnc