Conceitos Fundamentais de Energia e Trabalho

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Energia
● Um dos conceitos mais importantes na Física.
● Universo e a combinação matéria e energia.
● O que é a Matéria?
● O que é Energia?
● Energia e transformações.
● Ideia ignorada por Newton.
● As fontes de energia do planeta Terra.
● Conexão entre Matéria e Energia
 
 Definições com a ideia de Força
 Mudanças no movimento dependem tanto da 
força quanto do tempo de atuação.
 Impulso → Força e tempo 
 Trabalho → Força e espaço
 Força e deslocamento na mesma direção: 
W = F . x
 Força e deslocamento em direções opostas: 
W = - F . x.
 Força e deslocamento perpendiculares:
W = Fy . x = 0.
 
Trabalho
 Subir a escada realiza trabalho? 
 E um atleta que sustenta um haltere?
 Unidade de medida:
Newton vezes metro → Joule, J.
 No cotidiano, o que seria 1 J?
 
Potência
 Subir a escada correndo ou caminhando, quem realiza o maior 
trabalho?
 A definição de trabalho não contêm informações sobre o tempo 
de duração do trabalho realizado.
 Potência = (Trabalho) / (Intervalo de tempo)
 P = W / t
 Proporcional e inversamente proporcional.
 
Ainda Potência
 Carro mais potente, o que seria?
 1L de gasolina gera determinada quantidade de trabalho, a 
potência estaria ligada com o que?
 Assim, 1L pode ser usada para um cortador de grama
usá-lo em 30 min ou um jato em 1s.
 Unidade de potência:
Joule / segundo = Watt
 Também existe o horsepower (1hp = 746W) e o
cavalo-vapor (1cv = 735W).
 
Energia
 Para erguer o bate-estacas → Trabalho ...
 … isto permite que o martelo realize 
trabalho sobre a estaca.
 Exemplo: Mola e relógio.
 Existe “algo” que permite realizar trabalho.
 Compressão nos átomos do material,
 Separação entre materiais que se atraem,
 Redistribuição de cargas elétricas em um 
material.
 Este algo que permite realizar trabalho se 
chama Energia.
 
Energia Mecânica
 Unidade: Joule (igual ao Trabalho)
 Energia mecânica se divide em dois tipos:
 1) Energia potencial ligada a posição relativa entre as 
partículas,
 2) Energia cinética referente aos movimentos entre elas.
 
Energia Potencial
 Energia potencial é devido a posição com relação a outros 
objetos.
Gravitacional
 Elástica
 Química
 Elétrica
 Magnética
 
Energia Potencial Química
 Combustíveis, pilhas, comida etc.
 Relação com a posição relativa entre as moléculas.
 Energia é liberada quando eles são rearranjados.
 Também chamada de reações químicas.
 
Energia Potencial Gravitacional
 É necessário injetar energia para erguer um corpo contra a 
gravidade terrestre.
 Este reposicionamento gera um estado de tensão, onde a energia 
fica armazenada. Esta energia é chamada de energia potencial 
gravitacional.
 Como seria a energia potencial gravitacional da água de uma 
caixa-d'água?
W = F x d → EPG = P x h → EPG = mgh
 h com relação a algum nível.
 
Energia Cinética
 Imagine uma bola de paintball lançada em direção a 
uma determinada parede.
 Pergunta: Para a reorganização das partículas da bola 
foi realizado um trabalho. Onde está a energia?
 Esta energia é chamada de energia cinética.
EC = m v
2 / 2
 Este tipo de energia não pode ser negativa.
 
Pêndulo e Energia
 
Teorema Trabalho - Energia
 Se o carro acelerou, é porque algum força foi empregada 
para aumentar a velocidade.
 Trabalho leva a uma variação da energia cinética.
W = Ecf - Eci = c
 Teorema do Trabalho-Energia.
 Imagine o caso de um corpo com velocidade constante.
 
Exercício
Uma melancia de 4,8 kg é largada da extremidade do 
telhado de um edifício de 25,0 m. A resistência do ar é 
desprezível.
a) Calcule o trabalho realizado pela gravidade sobre a 
melancia durante seu deslocamento ao solo.
b) Imediatamente após a melancia colidir com o solo,
 i) Qual é sua energia cinética,
 ii) sua velocidade escalar?
 
Teorema trabalho-Energia
 O teorema trabalho-energia aplica-se também na 
diminuição de velocidade.
 Pisar no freio e derrapagem.
 W = Ec → - Fat . d = 0 – Eci 
 d = cte . v²
 O dobro de velocidade precisa de 4 vezes mais distância 
para parar.
 Automóvel a 100 km/h derrapa 4x mais que a 50 km/h.
 
Conservação de Energia
 Processos da natureza são melhor 
compreendidos através de variações da 
energia.
 O caso do bate-estaca.
 Isto gerou uma das maiores 
generalizações da Física: Conservação 
de Energia.
 Conservação de energia
A energia não pode ser criada ou 
destruída; pode apenas ser 
transformada de uma forma para outra, 
com sua quantidade total 
permanecendo constante.
 
Energia Mecânica
 E = Ep + Ec
 Eantes = Edepois
 Epantes + Ecantes = Epdepois + Ecdepois
Energia cinética média das moléculas aleatórias: 
 temperatura.
Energia potencial de partículas: voltagem.
Energia potencial e cinética do ar em vibração: 
 intensidade do som.
Energia cinética de elétrons no interior dos 
átomos: Energia luminosa.
 
 
 
Máquinas
● Máquina é um dispositivo para multiplicar forças ou mudar a 
direção de forças.
● Vale o conceito de conservação de energia.
● A energia (ou trabalho) é a mesma,
mas as forças e os deslocamentos são alterados.
● W = F . d
 
Alavanca
● O ponto de apoio é chamado de fulcro.
● Sentido da força é invertido.
● Wentrada = Wsaída
● Arquimedes, grego, 300 aC.
“Dei-me uma alavanca longa o suficiente e um ponto de 
apoio que moverei o mundo.”
 
 
Polia Fixa
● Consegue perceber que a polia é uma 
alavanca disfarçada?
 
Polia móvel
 
Exercício
 A pessoa eleva um corpo de 500N puxando 7m de corda e 
aplicando um força de 50N.
 Qual é a distância que o bloco sobe?
 O trabalho em ambos os casos foi o mesmo :
7 x 50 = d x 500.
 d = 0,7 m.
 
Rendimento
 Máquina ideal.
 Na prática, máquina ideal não existe.
 Rendimento = (energia útil na saída) / 
(energia total na entrada)
 Se injetou 100 J na entrada e na saída 
ficou 98 J, qual o rendimento da 
máquina?
 0.98 de rendimento.
 Logo, 2 J foram perdidos em outras 
formas de energia.
 
 
Para determinar a energia potencial de um arco 
esticado, seria uma superestimativa ou uma 
subestimativa multiplicar a força com a qual ela 
mantém distendido o arco na posição de disparo 
pela distância na qual ela o puxou?
Por que afirmamos que o trabalho realizado é 
força média x distância?
 
Quando a massa de um objeto em movimento dobra 
de valor sem ocorrer qualquer alteração na sua 
velocidade escalar, por qual fator muda a energia 
cinética?
Quando é duplicada a velocidade de um objeto, por 
qual fator muda a energia cinética?
 
Considere uma bola arremessada diretamente para 
cima no ar.
Em que posição sua energia cinética é máxima?
Onde é máxima sua energia potencial gravitacional?
 
Se uma bola de golfe e outra de ping-pong movem-se 
com a mesma energia cinética, você pode dizer qual 
delas é a mais veloz?
Analogamente, numa mistura gasosa de moléculas 
pesadas e leves com mesma energia cinética média, 
qual delas possui maior velocidade escalar?
 
A energia cinética de um carro varia mais quando ele 
vai de 10 km/h para 20 km/h ou quando ele vai de 
20km/h para 30 km/h?
 
Diz-se que uma máquina ineficiente 
“desperdiça energia”.
Isso significa realmente que a energia é 
perdida?
 
Você e dois colegas de turma estão discutindo 
o projeto de uma montanha russa.
Um dos colegas diz que cada topo de pista 
deve ser mais baixo do que o anterior. 
Você concorda com a ideia do colega?
 
Umaskydriver de 60 kg cai com rapidez 
terminal 50m durante 1s. Qual é a potência 
que a mergulhadora está despendendo no ar?
 
Por que a força da gravidade realiza trabalho sobre 
um carro enquanto ele desce uma colina, mas não 
enquanto ele está percorrendo um trecho horizontal 
da estrada?
 
O barbante que sustenta a bola de um pêndulo realiza 
trabalho sobre ela enquanto o pêndulo oscila?
A força da gravidade realiza trabalho sobre a bola 
enquanto isto?
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