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Resumo de Energia e Trabalho... Introdução: Energia é a capacidade de qualquer corpo produzir trabalho, ação ou movimento em determinado corpo, substância ou sistema. A energia não pode ser criada ou excluída de acordo com as Leis da Física, ela apenas pode ser transferida ou transformada. Tipos de Energia Mecânica: Energia cinética é a energia associada à velocidade de um corpo. Exemplo: Quando acontece um acidente em que a causa é a alta velocidade, na batida em alta velocidade em que a uma massa considerável, o carro adquire muita energia cinética. Porém, se o carro bater contra um muro, essa energia cinética acaba sendo dissipada em forma de barulho, calor e outras formas de energia. Fórmula da Energia Cinética: Teorema da energia cinética indica que a variação da energia cinética é igual ao trabalho, ou seja, O trabalho total das forças atuantes numa partícula é igual à variação da energia cinética dessa partícula. T = ∆Ec T: trabalho (J) ∆Ec: variação da energia cinética (J) Exemplo: Qual o trabalho que deverá ser realizado sobre um corpo de massa igual a 6 kg, para que sua velocidade passe de 4 m/s para 20 m/s? O trabalho é igual a variação da energia cinética. Essa variação pode ser calculada diminuindo- se o valor da energia cinética final da energia cinética inicial: ∆Ec = Ecf - Eci Calculando os valores de Ecf e Eci, temos: Portanto, o trabalho necessário para mudar a velocidade do corpo, será igual a 1152 J. Energia Potencial Gravitacional está associada diretamente com a gravidade exercida sobre os corpos na Terra e pela altura em que um corpo se encontra em relação ao solo. Exemplo: Ao levantarmos um objeto até certa altura do solo estaremos transferindo energia do nosso corpo para o sistema constituído pelo objeto atraído pela Terra. ... Essa energia fica armazenada porque o objeto está a certa altura do solo e sujeito à atração gravitacional da Terra. Fórmula da Energia Potencial Gravitacional: Energia Potencial Elástica é a forma de energia que está relacionada à elasticidade e à deformação de corpos flexíveis, tais como molas, tiras de borracha, elásticos. Caso exerça a força neste objeto, a energia potencial elástica será convertida em energia cinética. Exemplos: Um arco-flecha debrado. Fórmula da Energia Potencial Gravitacional Elástica: Trabalho: Introdução: Trabalho é uma grandeza física relacionada a transferência de energia devido a atuação de uma força. Realizamos um trabalho quando aplicamos uma força em um corpo e este sofre um deslocamento. A energia é definida como a capacidade de produzir trabalho, ou seja, um corpo só é capaz de realizar um trabalho se possuir energia. Exemplo: Um homem levantando seu corpo utilizando uma barra é um bom exemplo de trabalho. A energia que gastamos ao levantar nosso corpo em uma barra corresponde ao trabalho realizado pela força que nos ergue por certa distância. Trabalho de uma força: Força constante é quando ela mesma exerce sua força em um corpo, produzindo um deslocamento, o trabalho. Quando o deslocamento acontece no mesmo sentido da componente da força que atua no deslocamento, o trabalho é motor. Ao contrário, quando ocorre em sentido contrário, o trabalho é resistente. Exemplo: Fórmula da força constante: T = F . d . cos θ T: trabalho (J) F: força (N) d: deslocamento (m) θ: ângulo formado entre o vetor força e a direção do deslocamento Força variável é quando a força não é constante, ou seja, não podemos utilizar a fórmula acima já que não se exerce a mesma função. O cálculo do trabalho de uma força de módulo variável, ou seja, não constante, deve ser feito com base num gráfico, que relaciona a força, ou sua respectiva projeção, em função do deslocamento. Exemplo: No gráfico abaixo, representamos a força motora que age no movimento de um carro. Determine o trabalho desta força que atua na direção do movimento do carro, sabendo que o mesmo partiu do repouso. Fórmula da força variável: Na situação apresentada, o valor da força não é constante em todo o deslocamento. Sendo assim, vamos calcular o trabalho através do cálculo da área da figura, que nesse caso é um trapézio. Observe que a área A do trapézio indicado na figura é dada por A = FX · d, ou seja, o trabalho é numericamente igual à área da figura formada pela curva (linha do gráfico) com o eixo do deslocamento, no intervalo considerado. Assim, escrevemos: T = Área Podemos aplicar essa propriedade gráfica no caso de uma força de módulo variável para calcular o trabalho realizado por essa força. Considere que a força F varie em função do deslocamento, conforme mostra o gráfico seguinte. A área indicada por A1 fornece o trabalho da força F no deslocamento (d1 – 0), e a área indicada por A2 fornece o trabalho da força F no deslocamento (d2 – d1). Como a área A2 se encontra abaixo do eixo do deslocamento, o trabalho da força, nesse caso, é negativo. Assim, o trabalho total da força F, no deslocamento de 0 a d2, é dado pela diferença entre a área A1 e a área A2. T = A1 – A2 Força peso é o deslocamento vertical Δh poderá ser calculado pela seguinte expressão: Fórmula da força peso: Trabalho força peso = massa × aceleração da gravidade local × variação de altura. Já que a força peso é calculada da seguinte maneira, P = m × g, acrescentamos a altura (h). Exemplo: Um corpo de massa igual a 4 kg é abandonado do alto de um prédio a uma altura de 12 m. Considerando o valor da aceleração da gravidade local igual a 9,8 m/s2, determine o trabalho produzido pela força peso no deslocamento do corpo até o chão. Para calcular o trabalho da força peso, basta multiplicar os valores indicados no enunciado. Como a força peso atua na mesma direção e sentido da deslocamento, o trabalho será positivo. T = 4 . 9,8 . 12 = 470,4 J Força elástica é uma força que não é constante e sua intensidade varia em função da deformação. Fórmula: Fe = k x X Fe: força elástica, dada em newtons; K: constante elástica do corpo, dada em newtons/metro; X — deformação percebida no corpo após a aplicação da Fe, dada em metros. Exemplo: Assim, o módulo do trabalho da força elástica será igual a área da figura, que neste caso é um triângulo. Sendo expresso por: Onde, T: trabalho (J) k: constante elástica da mola (N/m) x: deformação da mola (m) O trabalho da força elástica, assim como o trabalho da força peso, também não depende da trajetória. Forças que possuem essa característica são chamadas de conservativas. Conservação de energia: Introdução: A conservação da energia mecânica é uma das leis da mecânica que decorrem do princípio de conservação da energia. De acordo com a lei da conservação da energia mecânica, quando nenhuma força dissipativa atua sobre um corpo, toda a sua energia relativa ao movimento é mantida constante. Observe a figura a seguir, nela temos um móvel que se desloca com velocidade constante, livre das forças de atrito com o solo, com o ar e livre das forças de atrito entre suas componentes. Nesse caso, dizemos que a energia mecânica associada a esse corpo será igual nos pontos A, B e C. No ponto A, o carro apresenta tanto energia cinética como potencial, graças à sua pequena altura em relação ao nível mais baixo do solo. Já no ponto B, o carro aproxima-se de uma situação em que toda a sua energia cinética torna-se energia potencial gravitacional, em outras palavras, conforme a energia cinética do veículo diminui, a sua energia potencial gravitacional aumenta, assim como escrevemos na fórmula a seguir, que relaciona as energias mecânicas dos pontos A e B: va – velocidade do corpo na posição A (m/s) vb - velocidade do corpo na posição B (m/s) g – gravidade (m/s²) https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/movimento-uniforme.htmha – altura do ponto A (m) hb – altura do ponto B (m)
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