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03-03-2018 1 1.1.3 Transferência de energia por ação de forças. Trabalho de uma força constante Adaptado pelo Prof. Luís Perna 1.1.3 Transferência de energia por ação de forças. Transferência de energia entre sistemas A energia pode ser transferida através da ação de forças. Representação das forças ❖ Ponto de aplicação – no local onde se exerce a força. ❖ Direção – a da reta sobre a qual se aplica a força. ❖ Sentido – o da orientação da força sobre a reta (para a esquerda ou para a direita, …). ❖ Intensidade, módulo ou magnitude –o valor ou norma do vetor. Quanto maior for o tamanho relativo do vetor, maior é o valor da força aplicada. A unidade de força no SI – chama-se newton e representa-se por (N).
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1.1.3Transferência de energia por ação de forças. Trabalho de uma força constante
Adaptado pelo Prof. Luís Perna
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Transferência de energia entre sistemasA energia pode ser transferida através da ação de forças.
Representação das forças
❖ Ponto de aplicação – no local onde se
exerce a força.
❖ Direção – a da reta sobre a qual se aplica a
força.
❖ Sentido – o da orientação da força sobre a
reta (para a esquerda ou para a direita, …).
❖ Intensidade, módulo ou magnitude – o
valor ou norma do vetor. Quanto maior for o
tamanho relativo do vetor, maior é o valor
da força aplicada.
A unidade de força no SI – chama-se
newton e representa-se por (N).
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Transferência de energia entre sistemasA energia pode ser transferida através da ação de forças.
Como se distingue direção e sentido?
❖ A direção e o sentido são conceitos diferentes: para cada direção, definem-se sempre dois sentidos.
A mesma direção e o mesmo sentido
A mesma direção e sentidos contrários
Direções diferentes (perpendiculares)
Exemplos:
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Transferência de energia entre sistemasA energia pode ser transferida através da ação de forças.
Aplicação de uma força num caixote
Podem acontecer duas situações:
1) O caixote desloca-se
2) O caixote não se desloca
Força aplicada
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
1) O caixote desloca-se
A ação da força aplicada pelo rapaz permitiu transferir energia do rapaz para o caixote.
Chama-se trabalho ao processo de transferência de energia por ação de forças.
Trabalho
Deslocamento
adquire energia cinética
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Representa-se pela letra:
WJoule (J) Unidades do Sistema Internacional (SI):
Processo de transferir energia entre o sistema e a sua vizinhança por ação de forças.
Trabalho
Trabalho
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
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
Trabalho
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Forças que não realizam trabalhoSituações em que as forças não realizam trabalho.
As forças 𝑵 e 𝑷 que atuam num corpo em repouso não realizam trabalho.
CORPO EM REPOUSO – diz-se que o corpo está em repouso quando a resultante de todas as forças que nele atuam é nula.
As forças não realizam trabalho porque o seu ponto de aplicação não se desloca
No livro em repouso sobre a mesa atuam:
✓ a reação normal, 𝑁
✓ a força gravítica, 𝑃
W = 0 J
𝑵
𝑷
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Forças que não realizam trabalho
A força, 𝑭, aplicada perpendicularmente ao deslocamento de um corpo não realiza trabalho.
CORPO EM MOVIMENTO
Deslocamento
A força com que a rapariga segura o saco é perpendicular ao deslocamento
W = 0 J
Situações em que as forças não realizam trabalho.
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Trabalho realizado por uma força constante
A força aplicada tem a direção e o sentido do deslocamento.
𝒗 = 𝟎 𝒗
Deslocamento, d
𝑭
O trabalho é dado por : 𝑾𝑭 = 𝑭 𝒅
O trabalho da força aplicada é diretamente proporcional à intensidade da
força e ao deslocamento do seu ponto de aplicação.
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
A força aplicada não tem a direção do deslocamento.
𝒗
𝑭
𝒗
Neste caso, deve decompor-se a força, para determinar a componente que
realiza trabalho.
Deslocamento, d
Trabalho realizado por uma força constante
𝑭
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
𝑭𝒙 é a componente eficaz ou útil da força.
𝑭𝒚
𝑭𝒙
𝑭
y
x
Ԧ𝐹 = Ԧ𝐹𝑥 + Ԧ𝐹𝑦
direção do deslocamento
Perpendicular ao deslocamento
A força aplicada não tem a direção do deslocamento.
Componente da força na direção do deslocamento.
Componente eficaz
W = 0 J
Trabalho realizado por uma força constante
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Deslocamento, d
𝑭
𝑭𝒚
Trabalho de uma força
O trabalho de uma força é igual ao trabalho da sua componente eficaz:
𝑾𝑭 = 𝑾𝑭𝒙
A componente eficaz da força aplicada realiza trabalho.𝑭𝒙
Trabalho realizado por uma força constante
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Deslocamento, d
𝑭
𝑭𝒚
Trabalho de uma força
𝑭𝒙𝜶
A componente eficaz, Ԧ𝐹𝑥, pode ser determinada por:
cos 𝛼 =cateto adjacente
hipotenusa
cos𝛼 =𝐹𝑥𝐹
⟹ 𝐹𝑥 = 𝐹 cos𝛼
𝑾𝑭 = 𝑾𝑭𝒙= 𝑭 𝒅 𝐜𝐨𝐬𝜶
Trabalho realizado por uma força constante
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Trabalho de uma força
𝑾𝑭 = 𝑭 𝒅 𝐜𝐨𝐬𝜶
Unidades do Sistema Internacional (SI)
Trabalho da força (𝑊 Ԧ𝐹 ) - joule (J)
Força ( Ԧ𝐹) - newton (N)
Deslocamento (d) - metro (m)
Ângulo entre o deslocamento e a força que realiza trabalho
Trabalho realizado por uma força constante
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
𝛼 = 0° 0° < 𝛼 < 90°
cos 𝛼 =1 1 > cos 𝛼 > 0
𝒗 𝒗
𝜶
Há energia transferida para o corpo, que faz aumentar a sua energia cinética.
Trabalho potente
O trabalho é máximo para 𝜶 = 0°.
Trabalho POTENTE W > 0 J
𝑭
𝑭
Trabalho realizado por uma força constante
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Trabalho RESISTENTE
𝛼 = 180°90° < 𝛼 < 180°cos 𝛼 = −10 < cos 𝛼 < −1
𝒗 𝒗
𝜶
Há energia transferida do corpo para a vizinhança, que faz diminuir a sua energia cinética.
Trabalho resistente
W < 0 J
𝜶𝑭 𝑭
Trabalho realizado por uma força constante
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Trabalho NULO
𝛼 = 90°
cos 𝛼 = 0
𝒗
𝜶
Não há transferência de energia.
Trabalho nulo
W = 0 J
A direção da força é perpendicular ao deslocamento.
𝑭
Trabalho realizado por uma força constante
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Trabalho realizado por uma força constante
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Trabalho realizado por uma força constante
Trabalho como medida de energia
❖ A grandeza trabalho é uma medida da energia transferida entre dois sistemas.
Portanto, quando uma força realiza trabalho sobre um corpo vai fazer com que
haja variação de energia do centro de massa desse corpo.
Então:
– quando o trabalho é positivo ou motor - a força contribuiu para um aumento
da energia do centro de massa (o sistema recebe energia);
– quando o trabalho é negativo ou resistente - a força contribui para uma
diminuição da energia do centro de massa do sistema (o sistema cede energia);
– quando o trabalho é nulo - não se verificam variações de energia do centro de
massa.
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Trabalho realizado por uma força constante
Variação da quantidade de trabalho com o ângulo formado
❖ Análise da situação dum carro:
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Trabalho realizado por uma força constante
Determinação gráfica do trabalho realizado por uma força
❖ O valor do trabalho realizado por uma força pode ser calculado recorrendo a
gráficos de força em função do deslocamento.
Determinação gráfica do trabalho realizado por uma força potente (a) e por uma força resistente (b).
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Resumindo:
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
DCBA
Atividade
Observe as situações A, B, C e D e identifique a(s) situação(ões) em que a(s) força(s):
i) não realiza(m) trabalho.
ii) realiza(m) trabalho potente.
iii) cede(m) energia às vizinhanças.
𝒗
𝑭
𝒗
𝑭
𝒗
𝑭
𝑭𝒗
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Atividade
𝒗
𝑭
𝒗
𝑭
𝒗
𝑭
𝑭𝒗
RESOLUÇÃO
Não realizam trabalho (é nulo) as forças cuja direção é perpendicular à direção do deslocamento (cos 𝛼 = 0). Situação B.
DCBA
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Observe as situações A, B, C e D e identifique a(s) situação(ões) em que a(s) força(s):
i) não realiza(m) trabalho.
ii) realiza(m) trabalho potente.
iii) cede(m) energia às vizinhanças.
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Atividade
𝒗
𝑭
𝒗
𝑭
𝒗
𝑭
𝑭𝒗
RESOLUÇÃO
O trabalho é potente quando 0 < cos𝛼 ≤ 1 . Situações A e D.
DCBA
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Observe as situações A, B, C e D e identifique a(s) situação(ões) em que a(s) força(s):
i) não realiza(m) trabalho.
ii) realiza(m) trabalho potente.
iii) cede(m) energia às vizinhanças.
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1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Atividade
𝒗
𝑭
𝒗
𝑭
𝒗
𝑭
𝑭𝒗
RESOLUÇÃO
O trabalho é resistente quando −1 ≤ cos𝛼 < 0 . Situação C.
DCBA
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
Observe as situações A, B, C e D e identifique a(s) situação(ões) em que a(s) força(s):
i) não realiza(m) trabalho.
ii) realiza(m) trabalho potente.
iii) cede(m) energia às vizinhanças.
1.1.3 Transferência de energia por ação de forças.
TPC
• Fazer os exercícios da página 56 ficaram por fazer:
Transferências de energia por ação de forças. Trabalho de uma força constante.
