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ENERGIA - Uma nova teoria
O que é ENERGIA ?
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Quais são as coisas e fenômenos relacionados a Quais são as coisas e fenômenos relacionados a trabalho e energia?trabalho e energia?
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A energia é algo com que convivemos constantemente. Para nos mantermos vivos, precisamos nos alimentar e, para isso, extrair a energia dos alimentos. Historicamente, o homem se encontra em uma busca constante por formas de energia. A queda das águas para gerar energia elétrica, a queima de combustíveis para a geração de movimento e mais um enorme número de exemplos.
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Desses todos, é importante observar que em nenhum deles ocorreu criação de energia, mas sim a sua transformação. Um caso clássico que pode ser citado é o de uma usina hidrelétrica, onde ocorre a transformação da energia mecânica em energia elétrica.
Vamos estudar as formas de energia que são usadas na mecânica, como o trabalho e as energias cinética, potencial e mecânica.
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No nosso curso, um sistema possui ENERGIA quando, de alguma forma, puder MOVIMENTAR "coisas".
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A energia não se cria nem se destrói, mas apenas se transforma de um tipo em outro, em quantidades iguais.
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Estes homens estão realizando trabalho?
O conceito científico de trabalho nem sempre coincide com o que se pensa vulgarmente sobre trabalho (geralmente tido como “qualquer esforço do corpo ou da mente”).
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Para medir a quantidade de energia transferida de um corpo para outro vamos introduzir o conceito de Trabalho em física.
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Trabalho, em física, é a relação de uma força e um deslocamento.
Para se colocar algum objeto em movimento, é necessária a aplicação de uma força e, simultaneamente, uma transformação de energia. Quando há a aplicação de uma força e um deslocamento do ponto de aplicação dessa força, pode-se dizer que houve uma realização de trabalho.
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Note que, para realizar-se um trabalho, existe a necessidade de um deslocamento. Caso algum objeto esteja sob a ação de uma força, mas em repouso, não haverá a realização de trabalho. As forças que atuam sobre uma pessoa parada segurando uma mala não realizam trabalho pois não há deslocamento do ponto de aplicação dessas forças.
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Considere um objeto que está submetido a uma força "F" e, devido a essa força, esse objeto sofre um deslocamento "d" , como se vê abaixo:
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1o Caso: a "F" tem a mesma direção e sentido do deslocamento "d" .
Então o trabalho será igual ao produto da força pelo deslocamento.
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Em Física, trabalho é normalmente representado por W (do inglês work) ou mais usadamente a letra grega tau ( ).
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2o Caso: a "F" não tem a mesma direção e sentido do deslocamento "d" .
Então o trabalho será igual a F.d.cos Ɵ .
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Trabalho( ) de uma força constante.Se uma força constante atua em uma partícula, produzindo um deslocamento , o trabalho realizado por essa força é dado por: = F.d.cos Ɵ
F = módulo da força aplicada ao corpo; d = módulo do deslocamento; Ɵ = ângulo entre F e d.
Importante: o trabalho de uma força perpendicular ao deslocamento é sempre nulo.
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Dependendo do valor de Ɵ, o trabalho de uma força pode ser: a) Positivo (trabalho motor) A força atua no sentido do deslocamento(Ɵ = 0o; cos 0o = 1): o trabalho é máximo.
b) Negativo (trabalho resistente) A força atua em oposição ao sentido do deslocamento (Ɵ = 180o; cos 180o = -1) : o trabalho é negativo.
c) Nulo A força é perpendicular ao sentido do deslocamento do corpo (Ɵ = 90o; cos 90o = 0).
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Unidade de trabalho (SI) O joule: trabalho realizado por uma força de 1 newton, ao deslocar um corpo por 1 metro (1J = 1N . 1m).
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Como a Física define trabalho?
Uma força qualquer atua sobre uma partícula provocando um deslocamento.
O trabalho é uma grandeza escalar e no sistema SI sua unidade é o Joule.O trabalho é geralmente representado pela letra W, às vezes ele é
representado pela letra grega .
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Trabalho de uma força constante Trabalho de uma força constante no sentido do deslocamento.no sentido do deslocamento.
Caso Caso particularparticular
Neste caso, o trabalho pode ser escrito como:Neste caso, o trabalho pode ser escrito como:W = FdW = Fd
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Trabalho de uma força constante Trabalho de uma força constante no sentido contrário ao no sentido contrário ao
deslocamento.deslocamento.
Caso Caso particularparticular
Neste caso, o trabalho pode ser escrito como:Neste caso, o trabalho pode ser escrito como:W = - FdW = - Fd
Força
Deslocamento
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Trabalho de uma força constante Trabalho de uma força constante perpendicular ao sentido do perpendicular ao sentido do
deslocamento.deslocamento.
Caso Caso particularparticular
Neste caso, o trabalho é nulo.Neste caso, o trabalho é nulo.W = 0W = 0
Deslocamento
Fo
rça
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O TRABALHO PODE SER:
Positivo
A força atua no sentido do deslocamento, ou tem uma componente no sentido do deslocamento( <90°, cos >0)
Negativo
A força atua em oposição ao sentido do deslocamento.(>90°, cos < 0)
NuloA força é perpendicular ao sentido do deslocamento do corpo, = 90º; cos 90º = 0.
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Exercícios pagina 131Problemas Propostos 269, 271
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Trabalho da Força PesoUma força que merece uma atenção especial, ao realizar trabalho, é a Força da Gravidade. Considere um corpo que é abandonado de certa altura. Durante o movimento de queda temos um deslocamento para baixo e uma força, a gravidade, que também é direcionada para baixo. Sabemos que, se há uma força e um deslocamento do ponto de aplicação, haverá a realização de trabalho. Nesse caso o trabalho será determinado pelo produto da força da gravidade pela altura de queda do objeto:
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Trabalho da Força Peso
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Exercícios pagina 133Problemas Propostos 278, 280 e 279