Apostila Fisica 3 Ano Trabalho Energia Potencia

8/17/2019 Apostila Fisica 3 Ano Trabalho Energia Potencia

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Energia, trabalho e Potência. Conceituação de trabalho, energia e potência.

Conceito de energia potencial e de energiacinética. Trabalho da força gravitacional e energia

potencial gravitacional.

Muitos livros definem energia como “capacidade de realizar trabalho“. Masesta é uma definição limitada a uma área restrita: a Mecânica. Um conceitomais completo de energia deve incluir outras áreas calor! luz! eletricidade! por e"emplo#. $ medida %ue procuramos abranger áreas da &'sica noconceito de energia! avolumam(se as dificuldades para se encontrar umadefinição concisa e geral.

Mais fácil é descrever aspectos %ue se relacionam ) energia e %ue!individualmente e como um todo! nos a*udam a ter uma compreensão cadavez melhor do seu significado.

ENERGIA E TRABALHO

+e*amos! a seguir! alguns aspectos básicos para a compreensão do conceitode energia.

,# - %uantidade %ue chamamos energia pode ocorrer em diversas formas.nergia pode ser transformada! ou convertida! de uma forma em outraconversão de energia#.

"emplo: - energia mecânica de uma %ueda d/água é convertida em energia

elétrica a %ual! por e"emplo! é utilizada para estabilizar a temperatura de uma%uário conversão em calor# aumentando! com isso! a energia interna dosistema em relação ) %ue teria ) temperatura ambiente. -s moléculas domeio! por sua vez! recebem do a%uário energia %ue causa um aumento emsua energia cinética de rotação e translação.

0# 1ada corpo e igualmente cada “sistema2 de corpos contém energia.nergia pode ser transferida de um sistema para outro transfer3ncia deenergia#.

"emplo: Um sistema massa4mola é mantido em repouso com a moladistendida. 5estas condiç6es! ele armazena energia potencial. 7uando osistema é solto! ele oscila durante um determinado tempo! mas acaba

parando. - energia mecânica %ue o sistema possu'a inicialmente acabatransferida para o meio %ue o circunda ar# na forma de um aumento daenergia cinética de translação e rotação das moléculas do ar.

8# 7uando energia é transferida de um sistema para outro! ou %uando ela éconvertida de uma forma em outra! a %uantidade de energia não mudaconservação de energia#.

"emplo: - energia cinética de um autom9vel %ue pára é igual ) soma dasdiversas formas de energia nas %uais ela se converte durante o acionamento

do sistema de freios %ue detém o carro por atrito nas rodas.

# 5a conversão! a energia pode transformar(se em energia de menor %ualidade! não aproveitável para o consumo. ;or isso! há necessidade de produção de energia apesar da lei de conservação.


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5a operação! levantamento de peso! o atleta transfere a energia se seu corpo par ao haltere! utilizando a força como veiculo dessa transfer3ncia. >mesmo não ocorre! porem! se ele apenas mantiver o haltere suspenso sobresua cabeça! sem apresentar movimento algum.

TRABALHO DE UMA FORÇA CONTANTE

+e*amos a figura abai"o! nela vamos considerar %ue uma força constante deintensidade F atue no bloco! %ue consideraremos como sendo um pontomaterial! fazendo com %ue ele sofra um deslocamento d.

> trabalho t# da força & no deslocamento de - a @ é a grandeza escalar

dada por: A B C&C CdC cos D ou! em notação mais simples A B & d cos D.

5o Eistema Fnternacional EF#! o trabalho é medido em *oule G#! lembrando%ue o produto 5.m é chamado de *oule G# em homenagem a Games ;rescottGoule.

INAI DO TRABALHO

> trabalho é uma grandeza algébrica! isto é! admite valores positivos enegativos. > %ue imp6e o sinal do trabalho é o cos D! *á %ue C&C e CdC são%uantidades sem sinal.

Tra!al"o Motor# ;ara H I D JHK! temos cos D H e por isso! A H. 5esse˃ ˃ ˃caso! o trabalho é denominado motor$ ou se*a! %uando essa força é favorávelao deslocamento.

Tra!al"o res%stente# ;ara JHK D I ,LHK! temos cos D H e! por isso! A H.˂ ˂ ˂ 5esse caso! o trabalho é denominado res%stente$ ou se*a! %uando essa forçae desfavorável ao deslocamento.

1-E>E ;-?F1UN-?E FM;>?-5E

Vetor F e d têm mesma direção e mesmo sentido: 5esse caso! D B HK ecos D B ,! assim o trabalho é calculado por:

sse é o caso em %ue a força realiza seu trabalho m&'%mo(

Vetor F e d tem mesma direção e sentidos opostos: 5este caso! D B ,LHK ecos D B (,! assim! o trabalho é calculado por:

Vetor F e d são Perpendiculares entre si: 5este caso! D B JHK e cos D B H!assim! o trabalho é calculado irá ser nulo. Eempre %ue a força e odeslocamento forem perpendiculares entre si! a força não realizará trabalho.

TRABALHO DA FORÇA )EO

1onsideremos um corpo de massa m lançado do solo! verticalmente paracima! atingindo uma altura h! ou abandonado dessa mesma altura em relaçãoao solo! num local onde a aceleração da gravidade é igual a g . 1omo o corpo

fica su*eito ) força P ! ele realiza um trabalho resistente durante a subida eum trabalho motor durante a descida.

ntão:

A B & d

A B ( & d

A B & d

A B ( & d


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> trabalho da força peso independe da tra*et9ria percorrida! depende apenasdo desn'vel entre as posiç6es inicial e final do corpo. &orças com estascaracter'sticas são chamadas forças conservativas.

t B trabalho G# ; B peso 5# h B altura m#g B aceleração da gravidade m4s0#t O H# : - força tem o sentido do movimento.na descida#

t P H#: - força tem sentido contrario ao sentido do movimento. na subida#

"emplos:

H,. Um homem empurra um carinho ao longo de uma estrada plana!comunicando a ele uma força constante! paralela ao deslocamento! e deintensidade 8!H . ,H0 5.


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HW. Um corpo de peso ; B 0HH 5 é levantado até a altura de 0 m por umaforça & B 0QH 5. 1alcule o trabalho realizado: a# pela força &X b# pelo peso;.

HY.


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Cons%deraç2es Gera%s so!re Ener/%a Mec3n%ca


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> trabalho da força resultante é medido pela variação da energia cinética.

>u se*a:

Se o trabalho da força resultante que age no corpo é:

τ !" motor" a energia cinética aumenta.

τ # !" resistente" a energia cinética diminui.

τ $ !" nulo" a energia cinética não %aria.

&'emplo:

!(.)ual o trabalho reali*ado por um corpo de massa (!+g que inicia um percurso com %elocidade (!m,s- até parar

!/. 0urante um 1ogo de malha" um 1ogador lança a peça de massa !"/ +g.

&la atinge o chão com %elocidade de (/ m,s e desli*a numa tra1et2riaretil3nea e hori*ontal até parar. 0etermine o trabalho da força de atrito

sobre o corpo" desde o momento em que a peça toca o chão até parar.

2) Energia potencial

nergia ;otencial é a energia %ue pode ser armazenada em um sistema f'sicoe tem a capacidade de ser transformada em energia cinética.

1onforme o corpo perde energia potencial ganha energia cinética ou vice(e(verso.

;odemos classificar a energia potencial em:

a4 &nergia Potencial 5ra%itacional 6&P54

a energia %ue corresponde ao trabalho %ue a força ;eso realiza.

obtido %uando consideramos o deslocamento de um corpo na vertical!tendo como origem o n'vel de refer3ncia solo! chão de uma sala! ...#.

Matematicamente

>nde ; é o peso do corpo e h é a altura emrelação ao n'vel de refer3ncia ; B H #.

>u! sabendo %ue ; B m.g!

onde m é a massa do corpo e g é a aceleração gravitacional no local.

n%uanto o corpo cai vai ficando mais rápido! ou se*a! ganha nergia1inética! e como a altura diminui! perde nergia ;otencial ravitacional.

Teorema da ener/%a 5otenc%al1hamamos de teorema da energia potencial a relação entre o trabalho

realizado por uma força conservativa! no a caso a força peso! e a energia potencial em cada ponto associada a essa força.

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/energia2.phphttp://www.desconversa.com.br/fisica/wp-content/uploads/2012/01/energia1.gifhttp://www.desconversa.com.br/fisica/wp-content/uploads/2012/01/energia1.gifhttp://www.desconversa.com.br/fisica/wp-content/uploads/2012/01/energia1.gifhttp://www.desconversa.com.br/fisica/wp-content/uploads/2012/01/energia1.gifhttp://www.desconversa.com.br/fisica/wp-content/uploads/2012/01/energia3.gifhttp://www.desconversa.com.br/fisica/wp-content/uploads/2012/01/energia1.gifhttp://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/energia2.php


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OB# o teorema da energia potencial tem validade para %ual%uer forçaconservativa! como é o caso também da força elástica.

&'emplo:

!(. 7ma menina solta um

brinquedo de 8 +g" do alto de

um tobogã. 9om base no

perfil da superf3cie do

tobogã"representado ao lado"

e considere g $ (! m,s/.

0etermine.

a4 a energia potencial do

brinquedo associada ao

posição ;.

b4 a energia potencial do brinquedo associada posição lo da posição ; até a posição nde ` é a constate da elasticidade.

- constante elástica da mola depende principalmente da natureza domaterial de fabricação da mola e de suas dimens6es. Eua unidade mais usualé o 54m ne]ton por metro# mas também encontramos 54cmX Rgf4m! etc.

Constante de Elast%c%dade 6 7 8

- elasticidade define(se como sendo a propriedade %ue certosmateriais apresentam de serem capazes de recuperar a sua forma e o seuestado inicial! depois de terem e"perimentado uma deformação provocada por uma força e"terior.

- deformação é! em geral! proporcional ) força e"terior aplicada e

inversamente proporcional ) secção do material. - constante de proporcionalidade designa(se por coeficiente de elasticidade e o seu valor inverso é denominado de m9dulo de elasticidade! ou m9dulo de oung.

eralmente! %uando uma força é aplicada a um corpo! a deformaçãoaumenta proporcionalmente até atingir um certo ponto! chamado limite de proporcionalidade. ste fenmeno está de acordo com a lei de _ooRe. -

A p B ;- ( ;@


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partir deste ponto! os corpos *á não recuperam o seu estado inicial e atinge(se o chamado limite elástico. -ntes de atingir o limite a amostra é elástica!isto é! retoma o seu estado inicial. -vançando para além do limite o materialdei"a de ser elástico e passa a ser plástico deformação permanente#.

-s diferenças de elasticidade dos materiais podem ser e"plicadas

com base no modelo molecular. -s substâncias com um m9dulo deelasticidade elevado são dif'ceis de deformar uma vez %ue possuem forçasde atração entre os átomos ou as moléculas fortes. ;elo contrário! assubstâncias com um m9dulo de elasticidade reduzido possuem forças deatração menores.

- Nei de _ooRe estabelece uma relação de proporcionalidade entre aforça & e"ercida sobre uma mola e a elongação[" correspondente & BR. ["#! onde R é a constante elástica da mola.

ssa mola %uando distorcida com pesos diferentes assumirá valoresdiferentes! tanto para o comprimento! como para a constante de elasticidade.Mas %uando estão em série ou em paralelas uns com as outras é not9ria a particularidade %ue assumem se tornando uma s9.

!/. 0urante um teste" prendeu>se uma das e'tremidades de uma mola a um suporte. ?a

outra" pendurou>

se um corpo demassa / @g" o

que causou uma deformação de !"!8 m na mola. Sabendo>se que g$

(!m,s/" determine:

a) O valor da constante elástica da mola.

b4 a energia potencial el=stica do sistema mola>corpo associada posição

;.

-tividade

H,. Um bloco de madeira! de massa 0 Rg! sofre a ação de uma força

resultante de intensidade , 5 ao deslocar(se sobre uma superf'cie lisa e

horizontal. Ee a velocidade inicial do bloco é m4s e a sua tra*et9ria é

retil'nea! determine:

a# a sua energia cinética inicial.

b# o trabalho da força resultante! caso ela se*a constante! na mesma direção e

sentido da velocidade inicial! e atue num deslocamento de L m.

c# a sua energia cinética final.

d# a velocidade final do bloco.

H0. Um corpo move(se sobre uma superf'cie horizontal. > %ue ocorre com

a energia cinética desse corpo se uma força em sentido oposto ao seu

movimento agir sobre eleT

H8.


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H. U&EE# 1erta mola de constante elástica ` B ,HH 54m apresenta(sedeformada ,H cm. - energia armazenada na mola é! em *oules:

http://www.conteduc.dcc.ufba.br/index.php?

option=com_content&view=article&id=118&Itemid=31

http://www.mundove!tibular.com.br/article!/"#"1/1/$%$'I(/)aac

ute*ina1.html

http://www.mundoeducacao.com.br/+!ica/trabalho,forca,

con!tante.htm

http://www.conteduc.dcc.ufba.br/index.php?option=com_content&view=article&id=118&Itemid=317http://www.conteduc.dcc.ufba.br/index.php?option=com_content&view=article&id=118&Itemid=317http://www.mundovestibular.com.br/articles/4241/1/ENERGIA/Paacutegina1.htmlhttp://www.mundovestibular.com.br/articles/4241/1/ENERGIA/Paacutegina1.htmlhttp://www.mundoeducacao.com.br/fisica/trabalho-forca-constante.htmhttp://www.mundoeducacao.com.br/fisica/trabalho-forca-constante.htmhttp://www.conteduc.dcc.ufba.br/index.php?option=com_content&view=article&id=118&Itemid=317http://www.conteduc.dcc.ufba.br/index.php?option=com_content&view=article&id=118&Itemid=317http://www.mundovestibular.com.br/articles/4241/1/ENERGIA/Paacutegina1.htmlhttp://www.mundovestibular.com.br/articles/4241/1/ENERGIA/Paacutegina1.htmlhttp://www.mundoeducacao.com.br/fisica/trabalho-forca-constante.htmhttp://www.mundoeducacao.com.br/fisica/trabalho-forca-constante.htm


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http://www.oocitie!.or*/br/!alade+!ica8/ener*ia/trabalhope.htm

http://www.infopedia.pt/-ela!ticidade,+!ica

http://www.ebah.com.br/content/(0((((cl(('/con!tante,

ela!ticidade
http://www.oocities.org/br/saladefisica8/energia/trabalhope.htmhttp://www.infopedia.pt/$elasticidade-(fisica)http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAclAAG/constante-elasticidadehttp://www.ebah.com.br/content/ABAAAAclAAG/constante-elasticidadehttp://www.oocities.org/br/saladefisica8/energia/trabalhope.htmhttp://www.infopedia.pt/$elasticidade-(fisica)http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAclAAG/constante-elasticidadehttp://www.ebah.com.br/content/ABAAAAclAAG/constante-elasticidade

Apostila Fisica 3 Ano Trabalho Energia Potencia

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