Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Bases Físicas para Engenharia Prof. Ricardo P. Barbosa Aula 5 Energia Potencial e Conservação de Energia * Aula 5: Conteúdo programático Compreender o conceito de Energia Potencial Associar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial gravitacional Associar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial elástica (mola) Compreender o conceito de Energia Mecânica Compreender e aplicar o Princípio da Conservação da Energia Mecânica * Energia Potencial Na Mecânica se apresenta de duas formas: - Energia Potencial Gravitacional - Energia Potencial Elástica * Energia Potencial Gravitacional É a energia que um corpo possui associada à 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. Realizar trabalho significa “converter energia”. Quando uma força realiza trabalho ela está convertendo uma forma de energia em outra. Energia Potencial Gravitacional * Energia Potencial Elástica Energia armazenada em sistemas elásticos deformados. A mola 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. Energia Mecânica * Energia mecânica é a soma da energia potencial com a energia cinética. * Sistema Mecânico Conservativo É todo aquele em que as forças que realizam trabalho, forças conservativas, transformam exclusivamente energia potencial em energia cinética e vice-versa. Há outras forças cujo trabalho transforma energia mecânica em outras formas de energia, principalmente térmica. Essas forças são chamadas de forças dissipativas. Princípio da Conservação da Energia Mecânica * Em um sistema mecânico conservativo, a energia mecânica total é sempre constante. Bases Físicas para Engenharia Prof. Ricardo P. Barbosa Atividades * 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 10 m, 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 a estaca estar na posição desejada. * É CORRETO afirmar que o funcionamento do bate-estacas é baseado no princípio de: a) transformação da energia mecânica do martelo em energia térmica da estaca. b) conservação da quantidade de movimento do martelo. c) transformação da energia potencial gravitacional em trabalho para empurrar a estaca. d) colisões do tipo elástico entre o martelo e a estaca. e) transformação da energia elétrica do motor em energia potencial elástica do martelo. Resolução * Gabarito: C 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. * 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 2,500 cm para 2,000 cm. Por efeito desta deformação, é possível afirmar que o aumento de energia potencial acumulada na mola é de: a) 1,875 x 10-3 J b) 2,576 x 10-4 J c) 1,476 x 10-6 J d) 2,109 x 10-2 J e) 1,177 x 10-5 J Resolução * Gabarito: A * 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: a) - cinética - cinética e gravitacional - cinética e gravitacional b) - cinética e elástica - cinética, gravitacional e elástica - cinética e gravitacional c) - cinética - cinética, gravitacional e elástica - cinética e gravitacional d) - cinética e elástica - cinética e elástica - gravitacional e) - cinética e elástica - cinética e gravitacional – gravitacional * Resolução cinética - cinética, gravitacional e elástica - cinética e gravitacional Gabarito: C * 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: a) 0 J, 800 J e 1000 J b) 200 J, 400 J e 1000 J c) 100 J, 200 J e 800 J d) 200 J, 1000 J e 400 J e) Não há dados suficientes para os cálculos ///////////////////////////////////// Energia Cinética (J) Energia Potencial (J) Energia Mecânica (J) Posição A 800 1000 Posição B 600 Resolução * Gabarito: B * 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) A energia mecânica mantém-se constante, já que a velocidade escalar não varia e, portanto, a energia cinética é constante. b) A energia cinética aumenta, pois, a energia potencial gravitacional diminui e quando uma se reduz, a outra cresce. c) A energia potencial gravitacional mantém-se constante, já que há apenas forças conservativas agindo sobre o carro. d) A energia mecânica diminui, pois, a energia cinética se mantém constante, mas a energia potencial gravitacional diminui. e) A energia cinética mantém-se constante, já que não há trabalho realizado sobre o carro. * Gabarito: D Resolução A energia mecânica diminui, pois, a energia cinética se mantém constante, mas a energia potencial gravitacional diminui. * 6) “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: * a) à redução e esgotamento das reservas de petróleo b) ao desenvolvimento tecnológico e à utilização de novas fontes de energia c) ao desenvolvimento dos transportes e consequente aumento do consumo de energia d) ao excesso de produção e consequente desvalorização do barril de petróleo e) à diminuição das ações humanas sobre o meio ambiente * Resolução Ao desenvolvimento tecnológico e à utilização de novas fontes de energia Gabarito: B * Resumo da aula 5 Compreender o conceito de Energia Potencial Associar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial gravitacional Associar o conceito desenvolvido para o caso da energia potencial elástica (mola) Compreender o conceito de Energia Mecânica Compreender e aplicar o Princípio da Conservação da Energia Mecânica g P P E W ® mgh E g P = e e P F E W ® 2 . 2 x k E e P = potencial cinética M E E E + = te cons E E E potencial cinética M tan Þ + = J x E x k E e e P P 3 2 2 10 875 , 1 2 ) 005 , 0 ( . 150 2 . - = = = /////////////////////////////////////Energia Cinética (J) Energia Potencial (J) Energia Mecânica (J) Posição A 800 1000 Posição B 600 ///////////////////////////////////// Energia Cinética (J) Energia Potencial (J) Energia Mecânica (J) Posição A 800 1000 Posição B 600
Compartilhar