Bases fisicas para Engenharia 5

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Bases Físicas para Engenharia
Aula 5:Trabalho e Energia Cinética
INTRODUÇÃO
Nesta aula, será introduzido o conceito de energia potencial e enunciado um dos princípios básicos da Física, o princípio da conservação da energia.
OBJETIVOS
Compreender o conceito de Energia Potencial;
Empregar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial gravitacional;
Empregar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial elástica (mola);
Reconhecer o conceito de Energia Mecânica;
Compreender e aplicar o Princípio da Conservação da Energia Mecânica.
Energia potencial
Na energia mecânica, a energia potencial apresenta manifestação de duas formas. São elas:
ENERGIA POTENCIAL GRAVITACIONAL
É a energia que um corpo possui associada a sua posição em relação a um campo gravitacional onde se encontra e da altura de seu centro de massa em relação a um nível de referência (plano horizontal de referência).
A energia potencial gravitacional associada ao corpo de massa m; em relação a um nível de referência, é igual ao trabalho que o peso desse corpo realiza. É importante observar que realizar trabalho significa “converter energia”.
Quando uma força realiza trabalho ela está convertendo uma forma de energia em outra.
ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA
Energia armazenada em sistemas elásticos deformados.
A mola da figura anterior, considerada ideal, ao sofrer a deformação x, tem armazenada em si energia potencial elástica.
A deformação sofrida pela mola sugere o exercício sobre ela de uma força que realiza um trabalho sob a forma de energia potencial elástica.
Vamos fazer uma pausa para um exercício!
1) O bate-estacas é um dispositivo muito utilizado na fase inicial de uma construção. Ele é responsável pela colocação das estacas, na maioria das vezes, de concreto, que fazem parte da fundação de um prédio, por exemplo.
O funcionamento dele é relativamente simples: um motor suspende, através de um cabo de aço, um enorme peso (martelo), que é abandonado de uma altura, por exemplo, de 10m, e que acaba atingindo a estaca de concreto que se encontra logo abaixo.
O processo de suspensão e abandono do peso, sobre a estaca, continua até ela estar na posição desejada.
É correto afirmar que o funcionamento do bate-estacas é baseado no princípio de:
transformação da energia mecânica do martelo em energia térmica da estaca.
conservação da quantidade de movimento do martelo.
transformação da energia potencial gravitacional em trabalho para empurrar a estaca.
colisões do tipo elástico entre o martelo e a estaca.
transformação da energia elétrica do motor em energia potencial elástica do martelo.
Resposta: Letra C
2) Em uma mola M, atua uma força elástica do tipo F = k.x, onde k = 150,0 N/m e x é a deformação que ela provoca.
O comprimento da mola passa então de 2,5cm para 2,0cm. Por efeito desta deformação, é possível afirmar que o aumento de energia potencial acumulada na mola é de:
1,875 x 10,J
2,576 x 10,J
1,476 x 10,J
2,109 x 10,J
1,177 x 10,J
Resposta: Letra A
Energia Mecânica
É denominada energia mecânica a soma da energia potencial com a energia cinética.
Vamos fazer uma pausa para um exercício!
3) O salto com vara é, sem dúvida, uma das disciplinas mais exigentes do atletismo. Em um único salto, o atleta executa cerca de 23 movimentos em menos de 2 segundos.
A figura a seguir representa um atleta durante um salto com vara, em três instantes distintos.
Assinale a opção que melhor identifica os tipos de energia envolvidos em cada uma das situações: corrida, elevação e ultrapassagem da barra usada para demarcar a altura a transpor no salto, respectivamente:
cinética - cinética e gravitacional - cinética e gravitacional
cinética e elástica - cinética, gravitacional e elástica - cinética e gravitacional
cinética - cinética, gravitacional e elástica - cinética e gravitacional
cinética e elástica - cinética e elástica - gravitacional
cinética e elástica - cinética e gravitacional – gravitacional
Resposta: Letra C
Sistema mecânico conservativo
É todo aquele no qual as forças conservativas, que realizam trabalho, transformam exclusivamente energia potencial em energia cinética e vice-versa.
Observação
Há outras forças cujo trabalho transforma energia mecânica em outras formas de energia, principalmente térmica. Essas forças são chamadas dissipativas.
Vamos fazer uma pausa para um exercício!
4) Um corpo movimenta-se sob a ação exclusiva de forças conservativas. Em duas posições, A e B, de sua trajetória, foram determinados alguns valores de energia. Esses valores se encontram na tabela:
Os valores da energia cinética em A e das energias potencial e mecânica em B são, respectivamente:
0 J, 800 J e 1000 J
200 J, 400 J e 1000 J
100 J, 200 J e 800 J
200 J, 1000 J e 400 J
Não há dados suficientes para os cálculos
Resposta: Letra B
Princípio de Conservação da Energia Mecânica
Em um sistema mecânico conservativo, a energia mecânica total é sempre constante.
Para que a relação anterior seja satisfeita, qualquer aumento de energia cinética, nesse sistema, ocorre a partir de uma redução igual de energia potencial (gravitacional ou elástica) e vice-versa.
Atividade
5) Um automóvel, em movimento uniforme, anda por uma estrada plana, quando começa a descer uma ladeira na qual o motorista faz com que o carro se mantenha sempre com velocidade escalar constante.
Durante a descida, o que ocorre com as energias potencial, cinética e mecânica do carro?
A energia mecânica mantém-se constante, já que a velocidade escalar não varia e, portanto, a energia cinética é constante.
A energia cinética aumenta, pois, a energia potencial gravitacional diminui e quando uma se reduz, a outra cresce.
A energia potencial gravitacional mantém-se constante, já que há apenas forças conservativas agindo sobre o carro.
A energia mecânica diminui, pois, a energia cinética se mantém constante, mas a energia potencial gravitacional diminui.
A energia cinética mantém-se constante, já que não há trabalho realizado sobre o carro.
Resposta: Letra D
6) Observe a situação descrita na tirinha:
Assim que o menino lança a flecha, há transformação de um tipo de energia em outra. A transformação, nesse caso, é de energia:
potencial elástica em energia gravitacional.
gravitacional em energia potencial.
potencial elástica em energia cinética.
cinética em energia potencial elástica.
gravitacional em energia cinética.
Resposta: Letra C
7) A idade da pedra chegou ao fim, não porque faltassem pedras; a era do petróleo chegará igualmente ao fim, mas não por falta de petróleo...
Xeque Yamani, Ex-Ministro do Petróleo da Arábia Saudita. O Estado de S. Paulo, 20/08/2001.
Considerando as características que envolvem a utilização das matérias-primas citadas no texto, em diferentes contextos histórico-geográficos, é correto afirmar que, de acordo com o autor, a exemplo do que aconteceu na Idade da Pedra, o fim da era do Petróleo estaria relacionado:
à redução e ao esgotamento das reservas de petróleo.
ao desenvolvimento tecnológico e à utilização de novas fontes de energia.
ao desenvolvimento dos transportes e ao consequente aumento do consumo de energia.
ao excesso de produção e à consequente desvalorização do barril de petróleo.
à diminuição das ações humanas sobre o meio ambiente.
Resposta: Letra B
8) Muitas usinas hidroelétricas estão situadas em barragens. As características de algumas das grandes represas e usinas brasileiras estão apresentadas no quadro:
A razão entre a área da região alagada por uma represa e a potência produzida pela usina, nela instalada, é uma das formas de estimar a relação entre o dano e o benefício trazidos por um projeto hidroelétrico. A partir dos dados apresentados no quadro, o projeto que mais onerou o ambiente, em termos de área alagada por potência, foi:
Tucuruí
Furnas
Itaipu
Ilha Solteira
Sobradinho
Resposta:Letra E
RESUMO
Nesta aula, você:
Compreendeu o conceito de Energia Potencial;
Analisou o estudo sobre Energia Potencial Gravitacional;
Reconheceu o conceito de Energia Mecânica;
Compreendeu o Princípio da Conservação da Energia Mecânica.