Trabalho Energia e Máquinas

Prévia do material em texto

Trabalho, Energia e Máquinas
Não existe uma definição do que é energia, mas sabemos que a sua existência possibilita a execução de trabalho. A energia armazenada nos alimentos, por exemplo, faz com que os órgãos do corpo de uma pessoa funcionem corretamente. Os combustíveis fazem com que os veículos automotores se locomovam. Da mesma forma, a energia elétrica produzida pela bateria faz com que os elétrons dos fios condutores de energia se locomovam.
Ao falar de energia é de extrema importância ressaltar o Princípio de Conservação da Energia. Princípio este que, segundo Lavoisier, diz: “Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”.
De forma a exemplificar conversões de energia de um modo geral, consideremos uma mola relaxada (figura 1), ou seja, uma mola que não está esticada. Veja:
Para comprimir a mola é necessário um gasto de energia. Assim, aplica-se uma força em uma de suas extremidades, de forma que a mesma se contraia. Dizemos que ao se aplicar a força sobre a mola há a realização de um trabalho. Este trabalho corresponde à energia transferida da pessoa para a mola. A figura 2 representa a mola já comprimida e com uma trava no carrinho, impedindo que o mesmo se liberte.
A mola comprimida armazena energia. Essa energia, porém, só pode ser manifestada ao se retirar a trava do carrinho. A energia armazenada na mola é denominada de Energia Potencial Elástica. Potencial porque pode se manifestar e elástica porque está em um corpo elástico deformado.
Agora, observando a figura 3, percebemos que o carrinho se libertou. Ao ser retirada a trava, a energia potencial que estava armazenada na mola se manifestou, fazendo com que o carrinho adquirisse movimento. Novamente temos a realização de trabalho. Agora esse trabalho corresponde à energia transferida da mola para o carrinho. A energia que o carrinho adquiriu é denominada de Energia Cinética.
Energia Cinética: é a energia que está relacionada ao movimento dos corpos.
Energia Potencial (gravitacional, elástica, elétrica, etc.): é a energia que um corpo possui em relação à posição particular que ele ocupa.
Na ausência de atrito, a energia mecânica total de um sistema se conserva, havendo apenas a transformação de energia potencial em energia cinética e vice-versa. Veja:
Emec= Ec + Ep
É de grande importância deixar bem claro que o trabalho e as formas de energia são grandezas escalares.
Trabalho de uma força
Trabalho é a medida da energia que é transferida para um corpo, em razão da aplicação de uma força ao longo de um deslocamento. Em Física, trabalho é normalmente representado por W(que vem do inglês work) ou mais usadamente a letra grega tau .
Para calcular o trabalho de uma força é importante ressaltar que ele pode ser:
Trabalho de uma força constante e paralela ao deslocamento: é calculado quando se tem a força sendo aplicada no mesmo sentido do deslocamento. Pode ser calculado da seguinte forma:
Como o ângulo entre a força e o deslocamente é zero faz com que o cosseno deste ângulo seja igual a 1, tornando a expressão equivalente à:
Onde D é o deslocamento sofrido pelo corpo.
Trabalho de uma força constante e não paralela ao deslocamento:
Quando temos a aplicação da força constante e não paralela, como no esquema acima, calculamos o trabalho da seguinte forma:
 
Onde ? é o ângulo formado entre a força e o deslocamento sofrido pelo corpo.
No SI (Sistema Internacional de Unidades) o trabalho é dado em joule, que é representado pela letra (J) e a força é dada em newton (N). Essa unidade é uma homenagem ao físico britânico James Prescott Joule. No sistema CGS, a unidade de trabalho é o erg= dina x centímetro.
Máquinas simples, trabalho e energia (cap 5, pág. 89)
      Em nosso dia-a-dia, dependemos  de máquinas simples e até maquinas mais complexas.
   As máquinas simples são aquelas que modificam e transmitem a ação para realizar algum movimento, exemplo martelo, abridor de latas, tesoura, pinça etc.
    Há muito tempo atrás pessoas tinham que levantar sacos, pedras e outras coisas mais pesadas, contudo poucas pessoas conseguiam realizar esse trabalho, por causa do peso, até que um homem chamado Arquimedes (287-212 a.c) encontrou um método para resolver esses problemas, ele descobriu as alavancas. Uma alavanca é nada mais que uma barra rígida que pode levantar em torno de um ponto de apoio. Com a alavanca você pode levantar um saco com peso de 120 kg, fazendo uma força equivalente a que faria para levantar um saco de 20 kg?. É simples! É só a distância entre o ponto da barra rígida em que você aplica a força e o ponto de apoio ser seis vezes maior do que a distância da massa até o ponto de apoio. 
 Vamos denominar:
$          Força resistente- é a força que queremos equilibrar. 
$          Força potente- é a força que sustentará a resistência.
 
   Há tipos de alavancas:
 
$          Interfixas- São aquelas em que o ponto de apoio fixo está situado entre a força pontente e a força resistente. Ex: Balança, martelo e uma gangorra.
$          Inter-resistentes- são aquelas em que a força resistente está situado entre o ponto de apoio e a força potente. Ex: abridor de garrafa e carro de mão.
$          Interpotentes- São aquelas em que a força potente está situado entre o ponto de apoio e a força resistente. Ex: Vassoura, grampeador e cortador de unhas.
 
Roldanas e polias 
     Nas academias há aparelhos de musculação são cheios de discos rígidos em tornos das quais há um fio, em que estão presas as cargas. Esses discos são chamados polias ou rodanas.
   Existe também um rodana fixa que facilita a realização de um exforço para mudar a direção da força que seria necessária.
   Além da rodana fixa há também um rodana móvel, as rodanas móveis diminuem a intensidade do esforço necessário para sustentar um corpo, pois a parte desse esforço é feito pelo teto. Um exemplo é um conjunto que possui um a rodana móvel associada a um rodana fixa, para levantar um peso de 80 kgf, o esforço feito para levantar esse peso será a metade, 40 kgf.
Plano inclinado
 
   Os planos inclinados facilitam muito o levantamento de pesos.