_Aula02 - Mecânica da energia (1)

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P r o f . R o b s o n A r g o l o
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri
Faculdade de Ciências Agrárias
AGR018- Energia e Recursos Renováveis
D i a m a n t i n a - M G
J a n e i r o d e 2 0 2 5
Mecânica da energia:
Formas de energia e suas
conversões;
1 .
Energia e trabalho;2.
Potência.3.
Conteúdo:
Física do processo de energia
Physike = “Ciência ou conhecimento da natureza”
“A energia não é destruída ou criada, mas transformada” (Lei da termodinâmica)
Conceito de energia
Conceito de energia
Isaac Newton (1642-1727) - formulou as leis do movimento e definiu as energias cinética e potencial;
Fahrenheit (F) e Celsius (C) - criaram as escalas de temperatura – medição de quantidade de calor;
Thompson (1753-1814) - conceituou a conversão de trabalho mecânico em calor;
Thomas Young (1773-1829) -cunhou em 1807 o termo energia, a partir do grego energeia (em trabalho
ou atividade);
James P. Joule (1818-1889) - determinou a equivalência energética entre calor , trabalho e energia
elétrica ( 1 caloria = 4,186 joules);
Max Planck (1858-1947) - explicou os aspectos energéticos da luz ;
Albert Einstein - desenvolveu a teoria da relatividade , unificando todas as formas de energia e dando
lhe uma equivalência em massa ( E = mc²).
Conceito de energia
ENERGIA é definido com a capacidade de realizar TRABALHO
TRABALHO é o resultado de força sobre o deslocamento de um corpo
Energia
Mecânica
Energia
Cinética
Energia
Potencial
Formas e conversões da energia
Movimento
Posição
Outras formas de energia
EletricaEletrica
QuímicaQuímica
TérmicaTérmica
RadianteRadiante
NuclearNuclear
Outras formas de energia
EletricaEletrica
QuímicaQuímica
TérmicaTérmica
RadianteRadiante
NuclearNuclear
Cinética ou
potencial
Em nível microscópioEm nível microscópio
Outras formas de energia
EletricaEletrica
QuímicaQuímica
TérmicaTérmica
RadianteRadiante
NuclearNuclear Energia química armazenada no óleo pode
ser considerada energia potencial
associada as ligações químicas 
Exemplos:
Energia radiante e elétrica podem ser 
energia cinética da luz e elétrons
Energia Cinética (EC)
Velocidade ou rapidez = 
Distância percorrida por um corpo dividida pelo tempo do percurso
Unidades: m/s ou km/h
Movimento:
Energia Cinética (EC)
No cotidiano, observamos os corpos aumentando ou reduzindo a
velocidade, ao invés do movimento.
Assim, os corpos estão acelerando.
Aceleração = Variação da velocidade dividida pelo tempo
Movimento:
SI = m/s²
Energia Cinética (EC)
A força líquida é responsável por causar mudança na velocidade de um
corpo.
Força é a interação de um corpo com outros corpos
Pode atuar a distância (força gravitacional entre Terra e a Lua)
Pode atuar por contato (empurrar uma caixa)
A força líquida é a soma vetorial de todas as forças que atuam sobre um
corpo
Movimento:
Energia Cinética (EC)
A segunda lei do movimento de Newton estabele a relação entre a força
liquída e aceleração.
A acerelação (a) é diretamente proporcional a força líquida (FL)
Movimento:
a = FL/m 
FL = am
Si = Newton (N)
Um objeto com uma massa de 1 kg será
acelerado a 1 m/s² quando aplicado a força
de 1 N
Movimento:
Exemplo =
Um trator agrícola com uma massa de 2000 kg está rebocando um
implemento. A força de tração gerada pelo trator é de 6000 N,
enquanto a força de atrito entre o implemento e o solo é de 800 N.
Qual é a aceleração do trator?
Energia Cinética (EC)
 Determine a força resultante1.
FL = 6000 - 800 (5200 N)
 2. Segunda lei de Newton 
a = FL/m = 5200 N/2000 kg
a = 2.6 m/s²
Energia Cinética (EC)
Movimento:
Exemplo =
Um trator agrícola com uma massa de 2000 kg está rebocando um
implemento. A força de tração gerada pelo trator é de 6000 N,
enquanto a força de atrito entre o implemento e o solo é de 800 N.
Qual é a aceleração do trator?
 Determine a força resultante1.
FL = 6000 - 800 (5200 N)
 2. Segunda lei de Newton 
a = FL/m = 5200 N/2000 kg
a = 2.6 m/s²
Energia Cinética (EC)
Movimento:
Só ocorre ACELERAÇÃO quando houver FORÇA LÍQUIDA 
Energia Cinética (EC)
Movimento:
Energia Cinética (EC)
Exemplo
Qual é a energia cinética de 2,5 m³ de ar deslocando-se a uma
velocidade de 10 m/s? Considere a densidade do ar como
1225 kg/m³, que corresponde a condições padrão de
temperatura e pressão ao nível do mar.
R: 153,12 KJ
Energia Potencial (EP)
Elástica:
k = constante elástica da mola (N/m)
x = deformação da mola (m)
Energia Potencial (EP)
Gravitacional:
Z1
Z2
Energia Potencial (EP)
Gravitacional:
Energia Potencial (EP)
Exemplo
Qual a energia potencial provocada por uma vazão de 8 m³ (d
= 1000 kg/m³) estando as turinas intsaladas há 25 m abaixo do
nível máximo da cota do reservatório. 
R: 196x10^4 J
Conservação entre EP e EC
Sistema conservativo
EMi = EMf
ECi+EPi = ECf+EPf
Energia Química (EQ)
Cadeia de hidrocarbonetos
Distribuição dos percentuais de hidrocarbonetos
Libera energia das ligações químicas
Exemplo
Se queimarmos 1 mols de octano (C8H18 ), serão produzidos 8
mols de CO2 e 5470 kJ.
1 litro de gasolina a densidade 0,74 tem 6,49mol.
 EQ = 6,49 x 5470 = 35500 kJ
Reações nucleares para a obtenção de energia
Fissão nuclear => o núcleo atômico se subdivide em duas
ou mais partículas
Fusão nuclear => ao menos dois núcleos atômicos se unem
para produzir um novo núcleo
Energia Núcelar (EN)
A energia térmica é a energia contida em sistemas
termodinâmicos (energia interna) ou pode ser a troca de
calor desses sistemas
Energia Térmica (ET)
Soma da energia cinética
das partículas contidas
em um sistema.
https://www.preparaenem.com/fisica/energia-cinetica.htm
Energia provida pelo Sol
Sol irradia a borda da Terra com energia de 342 W
Energia Luminosa (EL)
Os elétrons podem caminhar, levando energia de um local
para outro, por exemplo, da tomada pelo fio até a televisão.
Esse movimento é chamado de energia elétrica ou
eletricidade.
Energia Elétrica (EE)
Fonte Primária Usos Finais
Carvão
Química
Aquecimento
Óleo combustível Iluminação
Gás natural Movimento
Urânio Nuclear Eletricidade
Sol Radiante
Processos
químicos
Fontes primária e uso fina da energia
Energia Primária
Fontes de energia
Energia
Secundária
Carvão mineral 
Petróleo
Gás natural
Biomasa
Energia solar
Energia eólica
etc 
Eletricidade
Etanol
Biodisel
Gasolina
Calor
etc
Tecnologia
de
conversão
Usinas
Painel solar
etc
Consumo
Conversão de energia
Fontes de energiaSistema energética
Fontes de energiaBalanço energético
Fontes primária e uso fina da energia
Energia e Trabalho
ENERGIA é definido com a capacidade de realizar TRABALHO
TRABALHO é o resultado de força sobre o deslocamento de um corpo
Trabalho = força x distância
W = f x d
Nenhum trabalho é feito se o corpo na qual a
força é aplicada não se move
Energia e Trabalho
Olhando de outra forma: “ A consequência de realizar trabalho sobre um corpo é fornecer-lhe energia”
Trabalho é uma forma de se transferir energia a um corpo
H
Energia e Trabalho
Olhando de outra forma: “ A consequência de realizar trabalho sobre um corpo é fornecer-lhe energia”
Trabalho é uma forma de se transferir energia a um corpo
H
Água sendo deslocada do
repouso até o reservatório,
sendo fornecida energia
cinética e potencial, logo
EM
Energia e Trabalho
Olhando de outra forma: “ A consequência de realizar trabalho sobre um corpo é fornecer-lhe energia”
Trabalho é uma forma de se transferir energia a um corpo
H
Água sendo deslocada do
repouso até o reservatório,
sendo fornecida energia
cinética e potencial, logo
EM
W = (EC+EP)
Um sistema de irrigação utiliza uma bomba para elevar 20 m³ de água (equivalente a 20.000 kg,
considerando a densidade da água como 1.000 kg/m³) a uma altura de 18,37 metros.
Qual o trabalho realizado?
W = F. d
F= ma
a=g
W = m.g.z
W = 20000 x 9.81 x 18.37 = 3600 kJ ou 1 Kw/h
Energia e Trabalho
Um sistema de irrigação utiliza uma bomba para elevar 20 m³ de água (equivalente a 20.000 kg,
considerandoa densidade da água como 1.000 kg/m³) a uma altura de 18,37 metros.
Qual o trabalho realizado?
W = F. d
F= ma
a=g
W = m.g.z
W = 20000 x 9.81 x 18.37 = 3600 kJ ou 1 Kw/h
Energia e Trabalho
Potência
É um conceito básico da mecânica da energia.
Representa uma taxa com que se realiza o trabalho 
Potência = 
Trabalho realizado
Tempo gasto
 = 
energia utilizada
Tempo gasto
SI = watt = 
1 joule
1 segundo
Potência
H= 35 m
Q = 8 m³/s
dens=1000 kg/m³
g= 9.81 m/s²
n = 90%
4 tubinas
P= n.dens.g.Q.H
P = 0.90 x 1000 x 9.81 x 8 x 35
P = 2472120 J/s = Watt = 2.47212 MW
 
Potência
H= 35 m
Q = 8 m³/s
dens=1000 kg/m³
g= 9.81 m/s²
n = 90%
4 tubinas
P= n.dens.g.Q.H
P = 0.90 x 1000 x 9.81 x 8 x 35
P = 2472120 J/s = Watt = 2.47212 MW
 
Potência
Potência
1. Enumere cinco diferentes tipos de energia. Dê um exemplo de conversão de cada um desses tipos
para outro.
2. Faça a distinção entre o trabalho realizado ao se completar uma tarefa e a potência despendida.
3. Discuta a transformação da energia potencial da água armazenada em uma represa à medida que ela
escoa através de um tubo no fundo para movimentar uma turbina geradora.
4. Um motor realiza 4.000 J de trabalho em 10 s. Qual é a potência de saída em quilowatts e em cavalo
vapor (hp)?