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BASES FÍSICAS PARA ENGENHARIA 6: Mecânica - Trabalho e Energia Trabalho e Energia Trabalho e Energia Cinética Os movimentos na Natureza podem ser descritos com base em energia F F Força gera aceleração modifica velocidade modifica posição v0 v m Distância d percorrida Inércia velocidade constante Início da Ação da Força Velocidade variável Trabalho (mecânico) [w] • Realizado por uma Força • Caracterizado pelo deslocamento provocado pela Força no corpo • Unidade (SI) = J (Joule) • Calculado através do produto da intensidade da Força pelo deslocamento provocado • W = F . d Trabalho e Energia Trabalho e Energia Cinética Força gera aceleração modifica velocidade modifica posição O automóvel em movimento, a criança que corre e a pedra a rolar têm energia cinética. Qualquer corpo em movimento possui energia cinética! Energia Cinética • É definida como a energia associada ao estado de movimento de um objeto. • Quanto mais rapidamente um objeto estiver se movendo, maior será sua energia cinética. • Calcula-se: 2 2 1 mvEc Trabalho e Energia Trabalho e Energia Potencial Gravitacional Força estática armazena energia potencializa um “futuro” movimento O alpinista possui energia armazenada pelo fato de estar a ser atraído pela Terra. Essa energia que não se está a manifestar mas que pode vir a manifestar-se se cair, designa-se por energia potencial gravítica. Trabalho e Energia Trabalho e Energia Potencial Gravitacional • É definida como a energia associada ao estado de posição de um objeto. • Quanto mais alto estiver, maior será sua energia potencial. • Calcula-se: mghEpg Energia Potencial Gravitacional Trabalho e Energia Trabalho e Energia Potencial Elástica Força de deformação armazena energia potencializa um “futuro” movimento O boneco dentro da caixa tem energia armazenada. Esta energia manifesta-se quando o boneco salta e designa-se por energia potencial elástica. Trabalho e Energia Trabalho e Energia Potencial Elástica 2 2 1 kxEpe Energia Potencial Elástica • É definida como a energia associada ao estado de deformação de um objeto. • Quanto mais encolhido ou esticado estiver, maior será sua energia potencial elástica. • Calcula-se: Um sistema físico no qual a força varia com a posição um bloco ligado à uma mola xkxFF )(mola 0 aplicada F 0 aplicada F k é uma constante de força (ou constante elástica) Lei de Hook lei de força para as molas o sinal negativo significa que a força exercida pela mola tem sempre direcção oposta ao deslocamento mola F mola F força restauradora 0xxx Trabalho e Energia Conservação da Energia Forças Conservativas (não dissipam energia) Gravidade EPGi + ECi = EPGf + ECf EMi = EMf Se não houver forças dissipativas envolvidas, a Energia mecânica se conserva! mgh1 Energia Potencial Gravitacional (mv1²)/2 Energia Cinética PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA 1 h FINAL H A Trabalho e Energia Conservação da Energia Mecânica H m v=0 B vEM = mgh + (mv²)/2 EM_A = EM_B mghA = (mv²)/2 gHv 2 Exemplo: Uma mesa de bilhar é um excelente laboratório para observar a conservação da quantidade de movimento. Com orientação do professor, os alunos devem elaborar três diferentes jogadas em uma mesa de bilhar, assumindo que todas as bolas tem a mesma massa e volume, e explicar como se dá a conservação da quantidade de movimento em cada um dos movimentos propostos, considerando distâncias e ângulos, e considerando que a tacada sempre atinge exatamente o centro da bola. Devem ser discutidas as diferenças com a mesa real, e trazidas à toda questões como: - Por quê a bola branca é levemente maior e mais massiva? - Como o atrito interfere no giro e na conservação da energia cinética? - Como acertar a bola “nos cantos” muda o movimento? Trabalho e Energia Atividade - Mesa de Bilhar
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