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Potência e rendimento
Física
2o bimestre – Aula 11
Ensino Médio
1a
SÉRIE
2024_EM_V1
Trabalho e energia.
Compreender os conceitos de potência e rendimento em mecânica.
Conteúdo
Objetivo
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Carro de fórmula 1
Carro de luxo
Além de seus diferentes usos e valores econômicos, quais são as diferenças entre esses carros? Quais grandezas físicas você pode utilizar para compará-los?
5 MINUTOS
Virem e conversem
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Para começar
Assim como vimos na aula anterior, a energia está relacionada ao trabalho. A potência é uma grandeza também associada ao trabalho. Fisicamente, entendemos a potência como a taxa temporal em que um trabalho é realizado. Matematicamente, a potência média é expressa como a razão entre o trabalho e o intervalo de tempo: 
Potência
A unidade de medida da potência é o watt (W), ou seja:
Assim, entende-se que 
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Foco no conteúdo
Analisemos a seguinte situação. Imagine que duas pessoas vão fazer um passeio de balão. O sistema balão + duas pessoas tem massa de 600 kg, e o balão irá subir 200 m. Para o cálculo do trabalho, é irrelevante o tempo que o balão leva para subir, mas, para a potência, esse é um dado importante. Suponhamos que o balão leve 2 minutos para subir. Assim, podemos calcular a potência média de subida do balão. Quanto menor o intervalo de tempo necessário para realizar o trabalho, maior é a potência.
Potência
Importante lembrar que a unidade de medida do tempo é s. 
A potência é inversamente proporcional ao intervalo de tempo.
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Foco no conteúdo
Uma outra forma de calcular a potência em função do trabalho é por meio da força. Sabe-se que:
Substituindo, o trabalho no cálculo da potência por essa expressão, tem-se que:
No entanto, sabe-se que:
Potência
Assim podemos calcular a potência:
Sabemos que, quando a força e a velocidade têm a mesma direção e sentido, e , assim:
Para meios de transporte, é comum falarmos em potência instantânea, que ocorre em um determinado instante:
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Foco no conteúdo
(UERJ) Em uma rodovia plana, um veículo apresenta velocidade de 20 m/s no instante em que a potência da força exercida pelo seu motor é igual a 132 kW. Sabendo que o peso do veículo é igual a , determine a aceleração, em m/s2, do veículo nesse instante.
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Na prática
Sabendo que a potência nessa situação é instantânea, tem-se que:
 
Assim, podemos calcular a força:
 
Sabendo que:
 
Assim, para calcular a aceleração:
 
Correção
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Na prática
Em situações, reais a perda de energia não pode ser desconsiderada, pois as forças dissipativas estão sempre presentes nos sistemas mecânicos que realizam trabalho.
Nesse sentido, entendemos o rendimento como uma grandeza que mede a eficiência de um sistema mecânico que transforma energia.
Rendimento
É expresso pela razão entre a potência utilizada em um processo pela potência total do sistema mecânico.
Matematicamente, tem-se que:
Onde:
 – Potência útil
Potência total e 
 – Potência dissipada no processo
Continua...
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Foco no conteúdo
É usual expressar o rendimento em porcentagem, assim:
O rendimento é uma grandeza que não tem unidade de medida por se tratar da razão de duas grandezas de mesma unidade. Assim, seu valor é expresso em porcentagem ou em valores de 0 a 1.
Rendimento
Nessa ilustração, a potência de entrada é a total; e a de saída, a potência útil. As perdas correspondem à potência dissipada.
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Foco no conteúdo
A potência disponível em uma queda d'água é de 800 kW. Qual é a potência útil que se pode obter com essa queda d'água se nela for utilizada uma máquina hidráulica de rendimento igual a 50%?
500 kW.
600 kW.
200 kW.
480 kW.
400 kW.
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Na prática
A partir da expressão do rendimento, tem-se que:
Correção
A potência disponível em uma queda d'água é de 800 kW. Qual é a potência útil que se pode obter com essa queda d'água se nela for utilizada uma máquina hidráulica de rendimento igual a 50%?
500 kW.
600 kW.
200 kW.
480 kW.
400 kW.
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Na prática
Você sabia que o cavalo-vapor já foi uma unidade de medida de potência e até hoje é utilizada em alguns contextos? Pesquise a história do uso dessa unidade de medida, onde é utilizada ainda hoje e qual é a sua equivalência com o watt.
Todos escrevem
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Aplicando
Compreendemos a potência como taxa de energia convertida por um intervalo de tempo;
Aprendemos que o rendimento é a grandeza que mede a eficiência de processos, considerando a potência útil e a potência total.
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O que aprendemos hoje?
Slide 3 – https://pixabay.com/pt/photos/ferrari-f12-berlinetta-ferrari-f12-3090880/ 
https://pixabay.com/pt/photos/ferrari-f%C3%B3rmula-1-fernano-alonso-f1-490617/ 
Slide 5 – https://pixabay.com/pt/vectors/bal%C3%A3o-de-ar-quente-transporte-2131046/
Slide 10 – https://aprendendoeletrica.com/o-que-e-rendimento-de-um-motor-eletrico/ 
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Referências
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