Aula 02 + Lab Fundamentos de Mec Term

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Tópico 3 – Trabalho, energias e teorema do trabalho-energia
• O Trabalho (W) é a energia transferida para um objeto por
meio de uma força para movê-lo.
W = F Δx
Unidade de trabalho é o Joule ( J )
• Ex.1: Qual será o trabalho:
a) Se a força da figura acima desloca o bloco por 2 metros?
b) Se a mesma força agora faz um ângulo de 45º com o eixo x?
W = F Δx cos θ
• O Trabalho da força peso pode ser calculado da mesma
maneira:
W = P Δy
30 N
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Tópico 3 – Trabalho, energias e teorema do trabalho-energia
• Ex.2: Qual será o trabalho da força peso quando um bloco de
massa igual a 20 Kg cai até o chão de uma altura de 40 metros?
* Esse problema pode ser resolvido utilizando a relação entre o
trabalho e a energia cinética como veremos a seguir.
• Energia Mecânica (Energia total): Não havendo forças
dissipativas a energia mecânica é sempre conservada (Ei = Ef ).
E = Ec + Ep
• Ec (K): Energia cinética – associada com o movimento.
• Ep (U): Energia potencial – pode ser gravitacional ou elástica.
𝑬𝒄 =
𝒎𝒗²
𝟐
𝑬𝒑𝒈 = 𝒎𝒈𝒉 𝑬𝒑𝒆 =
𝒌𝒙²
𝟐
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Tópico 3 – Trabalho, energias e teorema do trabalho-energia
• Ex.3: Uma bola com m = 2 Kg, desliza em uma superfície,
sem atrito, sabe-se que ela está em repouso no ponto A. Calcule
em cada um dos pontos A, B e C; quais são as energias
potencial gravitacional, cinética e mecânica e a velocidade da
bola.
* Esse exercício pode ser resolvido sem a massa da bola?
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Tópico 3 – Trabalho, energias e teorema do trabalho-energia
• Relação entre W e Ec: A variação da energia cinética de um
corpo ao longo de um trajeto é numericamente igual ao
trabalho realizado para tal.
ΔEc = Ecf – Ec0 = W
• Ex.4: Uma força horizontal de 10 N atua em um bloco de, m =
4 Kg, no mesmo sentido em que ele se desloca a 2,0 m/s. Após
este bloco sofrer a ação da força durante 20 metros, qual será a
velocidade escalar deste bloco?
• Resolver o Ex.2 utilizando a relação entre trabalho e energia
cinética.
• Ex.5: Um cachorro puxa um trenó durante 20 metros. Sabe-se
que a força exercida pelo cachorro é constante, de módulo 500
N e a corda forma um ângulo de 30° com o eixo x, o peso
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Tópico 3 – Trabalho, energias e teorema do trabalho-energia
total do trenó é 1500 N o que gera uma força de atrito com o gelo
de 350 N. Supondo que o trenó está partindo do repouso calcule a
velocidade final do trenó após o deslocamento de 20m.
• Temperatura é uma propriedade interna de um corpo (energia
interna) associada com o grau de agitação das moléculas.
• Escalas de temperatura mais utiliza-
das: Celsius, Fahrenheit e Kelvin.
• A conversão de cada escala é
feita utilizando os valores do
ponto de fusão e ebulição da
água.
Tópico 4 – Temperatura, calor e propriedades térmicas da matéria
• Ex.6: Converter as seguintes temperaturas nas outras escalas
vistas: a) 30 °C b) 15°F c) 320 K
• Estados Físicos:
• * Calor (energia) necessário para que um material varie sua
temperatura ou mude seu estado físico
Tópico 4 – Temperatura, calor e propriedades térmicas da matéria
• Calor (energia) necessário para que um material varie sua
temperatura. Q = m c ΔT
• Ex.7: Calcule a quantidade de
calor necessária para
aumentar a temperatura de
150g de água de 20 a 70°C.
• Ex.8: Sabe-se que foi
necessário 13200 cal para
aumentar a temperatura de
uma barra de 400 g de 25 a
325°C. Sabendo que a barra é
composta de um único metal,
qual é esse metal?
Tópico 4 – Temperatura, calor e propriedades térmicas da matéria
• Calor (energia) necessário para que um material mude seu estado
físico. Q = m L
• Ex.9: Calcule qual o calor necessário para derreter 200 g de gelo
que inicialmente está a -4 °C. Sabendo que cgelo= 0,55 cal/g °C.
Tópico 4 – Temperatura, calor e propriedades térmicas da matéria
• Lei dos gases ideais: p V = n R T R = 8,314 m³ Pa/K mol
p = pressão V = Volume n = número de mols
R = constante dos gases ideais T = Temperatura
• Ex.10: Um cilindro que está a temperatura ambiente (25 °C) de
volume 31L armazena 7,5 mols de um certo gás, calcule a
pressão desse cilindro.
Laboratório. Experimento: Queda Livre
• O Arranjo experimental está na Figura 1.
• Ajustes
1. Para ajustar a esfera na posição 0 (zero)
movimentar o eletroímã para cima ou para
baixo, até que a parte inferior da esfera esteja na
posição 0 cm (figura 2).
2. Colocar a esfera com diâmetro de 2 cm em
contato com o eletroímã e regular a tensão
elétrica para que a esfera fique na iminência de
cair.
3. Ajustar o sensor a 20 cm abaixo da esfera
(prestar atenção no diâmetro da esfera e na
posição em que a esfera em queda livre
interrompe a contagem do tempo, ou seja, o
cronômetro interrompe a contagem quando a
esfera passar pelo centro do sensor). Medir com
uma régua o primeiro deslocamento FIGURA 1. ARRANJO EXPERIMENTAL
Laboratório. Experimento: Queda Livre
20 cm. h = 0,200m.
4. No cronômetro Multifunções
escolher a função F2 e zerar (reset).
5. Desligar o eletroímã através da
chave liga/desliga liberando a esfera e
anotar na tabela 3 o intervalo de tempo
indicado pelo cronômetro. Repetir este
procedimento 3 vezes e calcular o tempo
médio (tM).
6. Repetir os procedimentos acima
para os deslocamentos de 40 cm e 60 cm.
h (m) t1 (s) t2 (s) t3 (s) tM (s) tCalc (s) % Erro
0,2
0,4
0,6
Laboratório. Experimento: Queda Livre
• Dados e análise experimental:
1. Calcular a gravidade utilizando os três tempos medidos.
2. Calcular a velocidade com que a bola passa pelo sensor.
3. Calcular o tempo esperado de queda livre para cada um dos três
deslocamentos utilizando a aceleração da gravidade g = 9,8 m/s² e preencher na
Tabela.
4. Calcular o erro do tempo médio medido e do tempo calculado e
preencher na Tabela.
%𝐸𝑟𝑟𝑜 =
𝑡𝑀 − 𝑡𝑐𝑎𝑙𝑐
𝑡𝑐𝑎𝑙𝑐
x 100
5. A que fator se atribui esse erro?