Resumo da Aula 7 com exercícios resolvidos2

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Resumo da Aula 7 e Exercícios Resolvidos 2
Energia:
Energia é um termo amplamente utilizado na descrição e na explicação de fatos cotidianos, sendo um tema de grande relevância para a sociedade moderna. Notícias sobre construções de hidrelétricas e termelétricas, preço do petróleo, uso de fontes renováveis de energia, riscos da energia nuclear, são frequentes nos meios de comunicação.
Abrindo um parênteses cultural:
A energia renovável é a energia que vem de recursos naturais como sol, vento, chuva, marés e calor, que são renováveis (naturalmente reabastecidos). As fontes de energia renovável são aquelas em que os recursos naturais utilizados são capazes de se regenerar, ou seja, são considerados inesgotáveis. 
Os principais recursos naturais utilizados na obtenção de energia limpa são: o Sol: energia solar; o vento: energia eólica; os rios e correntes de água doce: energia hidráulica, as mares e oceanos: energia mareomotriz e energia das ondas; a matéria orgânica: biomassa e o calor da Terra: energia geotérmica.
As fontes de energia não renováveis, são aquelas que se encontram na natureza em quantidades limitadas e se extinguem com a sua utilização. Uma vez esgotadas, as reservas não podem ser regeneradas. Consideram-se fontes de energia não renováveis os combustíveis fósseis (carvão, petróleo bruto e gás natural) e o urânio, que é a matéria-prima necessária para obter a energia resultante dos processos de fissão ou fusão nuclear. Todas estas fontes de energia têm reservas finitas, uma vez que é necessário muito tempo para repô-las, e a sua distribuição geográfica não é homogénea.
Sabemos que as principais fontes de energia em uso atualmente são: os movimentos das águas e do ar, o calor produzido por reações químicas ou nucleares e a luz solar são todas conversíveis por meio de dispositivos adequados em energia elétrica. Esta por sua vez, depois de servir como “intermediária” até os locais de consumo, é convertida em outras “formas” desejadas. Outra maneira de transportar energia até seu local de consumo é através da energia química ou nuclear “armazenada” nos diversos combustíveis. Estes, da mesma forma que no caso da energia elétrica, deverão passar por um processo de transformação a fim de que possamos dispor da energia neles contida.
Assim, após ser produzida e transportada, a energia estará disponível para o consumo. Contudo, como nas sociedades modernas atuais o consumo é muito alto, passa a ser relevante os problemas de ordem ambiental, social, econômica e geopolítica envolvidos em todas estas etapas. Desta forma, a experiência cotidiana nos revela que a energia, além de ser indispensável ao nosso atual modo de vida, precisa ser tratada de modo sustentável desde sua produção, até seu armazenamento, transporte e consumo.
Esta presença da energia em nosso dia-a-dia nos leva a construir significados para ela. Se formos, por exemplo, consultar um dicionário (Novo Aurélio século XXI: o dicionário da língua portuguesa: dicionário eletrônico. Versão 3.0. São Paulo: Nova Fronteira, 1999. 1 CD-ROM.) encontraremos diversas definições:
 “S.f. [Do gr. enérgeia, pelo lat. energia.]
1. Maneira como se exerce uma força.
2. Força moral; firmeza: Notável a energia de seu caráter: Tem agido com grande energia.
3. Vigor, força: Com a idade, perdeu a energia.
4. Filos. Segundo Aristóteles (v. aristotélico), o exercício mesmo da atividade, em oposição à
potência da atividade e, pois, à forma.
5. Fís. Propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho. A energia pode ter
várias formas (calorífica, cinética, elétrica, eletromagnética, mecânica, potencial, química,
radiante), transformáveis umas nas outras, e cada uma capaz de provocar fenômenos bem
determinados e característicos nos sistemas físicos. Em todas as transformações de energia
há completa conservação dela, i. e., a energia não pode ser criada, mas apenas transformada
(primeiro princípio da termodinâmica). A massa de um corpo pode se transformar em energia,
e a energia sob forma radiante pode transformar-se em um corpúsculo com massa [símb.:E].”
Percebe-se, portanto, que a definição Física de energia é apenas uma, das muitas outras, que estão nos dicionários ou presentes em determinada cultura. 
O conceito de energia é muito abstrato e como já foi dito, difícil de ser definido com precisão, a ponto de alguns autores preferirem não defini-lo, a não ser matematicamente, de forma bastante operacional, apreendendo-o através do estudo e quantificação de suas diversas manifestações. 
Como alternativa, portanto, alguns autores defendem que se deva partir de uma definição descritiva de energia, evitando as definições formais, operacionais, para gradualmente ir agregando novos atributos. Como uma primeira aproximação ao conceito de energia, temos:
A energia é uma propriedade ou atributo de todo corpo ou sistema material em virtude da qual este pode transformar-se, modificando sua situação ou estado, assim como atuar sobre outros originando neles processos de transformação.
A partir de uma definição como esta podemos desenvolver um tratamento mais abrangente da energia, não se limitando apenas ao campo da mecânica, quando se apresenta o conceito de energia como “a capacidade de realizar trabalho”, mas atendendo também o campo da termodinâmica incluindo os processos associados ao calor. Temos ainda que considerar, no entanto, as limitações deste tipo de definição à medida que sugere que “a capacidade de produzir mudanças” é algo que se conserva. A capacidade de produzir mudanças “macroscópicas” não é algo que se conserve, assim, por exemplo, se considerarmos a energia associada ao movimento de um corpo que ao colidir com o solo desencadeia uma série de conversões (cinética para sonora, térmica, elástica, etc.) de forma que apesar da energia se conservar a capacidade do corpo em realizar trabalho (macroscópico) não se conservará.
Energia e os princípios de conservação e degradação
A energia pode se apresentar de diversas formas, sendo que estas estão diretamente associadas ao tipo de interação existente no sistema. As transformações existentes entre as diferentes formas de energia ocorrerão, justamente, através de alterações nestas diferentes formas de interação. Durante estas transformações vale o “Princípio de Conservação da Energia” (1ª Lei da Termodinâmica) que estabelece que “a energia total de um sistema isolado permanece constante”, ou seja, a energia se conserva. A energia total, portanto, inclui todas as formas de energia, principalmente a energia térmica; o que muitas vezes não é bem esclarecido parecendo ser o princípio de conservação válido apenas para fenômenos mecânicos onde não exista atrito (dissipação e degradação da energia).
Em todas as transformações energéticas que ocorrem em um sistema isolado, muda a forma pela qual se apresenta a energia, mas não muda a quantidade total de energia, quer dizer, a energia antes da transformação é a mesma que existe depois da transformação, só que estará localizada em diferentes partes.
Assim, na equação ΔE = Q - W, o trabalho e o calor não indicam o valor da energia de um dado sistema, e sim que tanto o trabalho quanto o calor são capazes de produzir variações no valor da energia de um dado sistema.
Deve ficar claro, também, que mesmo que a energia total de um sistema permaneça constante, sempre que este sistema sofrer algum tipo de mudança deve ocorrer transformações ou transferências de energia em seu interior. Diante disto, talvez seja mais adequado apresentarmos a expressão ΔE = 0 ou E = constante (para um sistema isolado) de maneira mais completa, deixando claro o envolvimento de diversas variações internas ao sistema das diferentes formas de energia, de forma que a variação total seja nula:
ΔEc + ΔEpgrav + ΔEpelétr.+ ΔEpelást.+ ΔEinterna... = 0
Texto adaptado de: TEXTOS DE APOIO AO PROFESSOR DE FÍSICA-IF-UFRGS – Alessandro Aquino Bucussi v.17 n.3
Energia Cinética: Oque é?
A Energia Cinética (representada pela letra K) é a energia relacionada ao movimento. Todo corpo sujeito a ação de uma força resultante que gere movimento carrega consigo Energia Cinética. 
A Energia Cinética está associada ao Trabalho da força resultante no deslocamento de um corpo. A força gera Trabalho e a Energia Cinética produzida por esse Trabalho é tranferida para o corpo, que adquire velocidade.
Energia Cinética: Como calcular?
Aplicando uma força resultante sobre um corpo que está parado, este ganha movimento, se deslocando. Temos, então, o Trabalho da força resultante dado por:
W = F. ∆S, como F = m.a podemos substitui-la na equação de Trabalho.
W = m. a. ∆S
Usando a Equação de Torricelli para expressarmos ∆S em função da velocidade do corpo, temos:
V2 = V02 + 2a∆S
V2 - V02 = 2a∆S
∆S = (V2 - V02)/2a
Levando essa expressão para ∆S na equação do Trabalho, temos:
W = m .a. (V2 - V02)/2a
Simplificando a aceleração, temos:
W = m . (V2 - V02)/2 = ½.m.V2 – ½.m.V02.
Se V0 = 0 m/s, então: W = ½.m.V2 e a expressão acima fica definida como:
W = ∆K, ou seja , o Trabalho de uma força resultante que gera movimento é igual a variação da Energia Cinética.
Unidade de K: K = ½.m.V2, kg.m2/s2 ou kg. m/s2. m
 kg. m/s2 = N, então, a unidade fica N.m que é chamado de Joule (J).
Exemplo: Sabe-se que um móvel de 500 kg se desloca em uma superfície plana com velocidade de 72 km/h. Determine a Energia Cinética.
Primeiro, temos que passar todas as unidades para o SI. A massa já está no SI, mas a velocidade deve ser convertida de km/h para m/s.
72/3.6 = 20 m/s.
K = ½.m.V2 = ½. 500. (20)2 = ½. 500. 400 = 500 . 200 = 100000 J.
Teorema das Energias Cinéticas.
O Trabalho da resultante de um sistema de forças em um corpo em deslocamento mede a variação da Energia Cinética ocorrida nesse deslocamento. (Aula on-line 7).
Exemplo: Um indivíduo atira contra uma porta. Antes de atravessar a porta, a bala de massa 10 g, tinha velocidade escalar de 600 m/s. Logo após atravessar a porta, sua valocidade escalar passou a 200 m/s. Qual o Trabalho da resultante de todas as forças atuantes na bala, quando essa atravessa a porta.
Antes de começarmos a resolver o problema, temos que passar todas as grandezas para o SI.
As velocidades já estão no SI, mas a massa tem que ser transformada de g para kg.
1000 g equivale a 1 kg
10 g equivale a x
Resolvendo a regra de 3, temos:
1000 x = 10
X = 10/1000 = 0,01 kg ou 10-2 kg.
Agora vamos representar o problema:
Bala 
V0 = 600 m/s Porta
 
 Força Resultante (a força Peso e a Normal se anulam, uma vez que 	 não há movimento no eixo vertical).
 V = 200 m/s
Pela sequência das Figuras exibidas, podemos calcular o Trabalho da Força resultante usando o princípio que diz que o Trabalho de uma força é igual à variação da Energia do corpo em que essa força é aplicada. 
W = ∆K = Kf – Ki = ½. m . V2 – ½. m . V02 = ½.m.(V2 - V02)
Substituindo os valores, temos:
W = ½. 0,01(2002 – 6002) = ½. 0,01(40000 – 360000) = ½. 0,01.(-320000) = ½. (- 3200) = - 1600J
O sinal negativo indica que a velocidade inicial é maior que a velocidade final. 
Podemos, também, trabalhar com a potência de 10.
W = ½. 10-2. (2002 – 6002) = ½. 10-2.(4 x 104 – 36 x 104) = ½.10-2(- 32 x 104) = ½.(- 32 x 104 x 10-2) W = ½.(- 32 x 102) = - 16 x 102 J ou 1,6 x 103 J.
Exercício do pdf.
Considere um corpo de massa 10 kg em movimento retilíneo. Sabe-se que a velocidade desse corpo passa de 10 m/s para 40 m/s, determine o Trabalho realizado neste intervalo de tempo.
Como vimos: W = ∆K = Kf – Ki = ½.m.V2 – ½.mV02 = ½.m(V2 – V02).
Substituindo os valores, temos:
W = ½.m(V2 – V02) = ½. 10.(402 – 102) = ½.10.(1600 – 100) = ½.10.1500 = 7500 J.
Exercícios de Frequência:
Considere um corpo cuja energia cinética é 2.500J. Se a sua massa é de 500g, a sua velocidade será:
Primeiro, vamos fazer a conversão de unidades para o SI: 
500 g corresponde x
1000g corresponde 1kg
Fazendo a regra de 3, temos:
1000x = 500
X = 500/1000 = 0,5 kg.
Resolvendo o problema, temos:
K = ½.m.V2, substituindo os valores, temos:
2500 = ½.0,5.V2
0,25 V2 = 2500
V2 = 2500/0,25 = 10000
V = .
Um carro de massa 400 kg com velocidade de 72 km/h, choca-se contra uma parede. Pede-se, determinar o Trabalho da força resultante que agiu sobre o corpo até que ele parasse.
Primeiro, vamos fazer a conversão de unidades para o SI: 
V = 72 km/h = 72/3.6 m/s = 20 m/s
Resolvendo o problema, temos:
W = ∆K = ½.m.V2 – ½.m.V02, substituindo os valores, temos:
W = ½.400.02 – ½.400.202
A velocidade final é zero, uma vez que o carro para. 
W = ½.400.02 – ½.400.202
W = 0 – ½.400. 400 = - ½. 160000 = - 80000 J.
W = - 80000J.