Trabalho e Energia

Energia e suas formas

• Energia cinética

É a energia associada ao estado de movimento de um objeto, ou seja, quanto mais rapidamente um objeto estiver se movendo, maior sua energia cinética. Quando em repouso, sua energia cinética é nula.

Para ilustrar o conceito obtemos a seguinte fórmula:

Para:

= massa (Kg)[pic 1]

 = velocidade (m/s)[pic 2]

K = energia cinética

Temos:                                               [pic 3]

[pic 4]

                Exemplo:

Um pato de 3Kg, que voa a 2,0m/s, tem uma energia cinética de 6,0 , pois:[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

• Energia potencial

É a energia que pode ser armazenada em um sistema físico e tem a capacidade de ser transformada em energia cinética.

Conforme o corpo perde energia potencial ganha energia cinética ou vice-e-versa. É a energia que corresponde ao trabalho que a força peso realiza. Existem mais de uma forma de força potencial, são as chamadas: energia potencial gravitacional, energia potencial elástica.

Energia Potencial Gravitacional trata-se de uma energia associada ao estado de separação entre dois objetos que se atraem mutuamente através da força gravitacional. Dessa forma, quando elevamos um corpo de massa m a certa altura h, transferimos energia para o corpo na forma de trabalho. Com o acumulo de energia, o corpo transforma a energia potencial em energia cinética, e quando liberamos o corpo, ele possui tendência a voltar à sua posição inicial.

Energia potencial elástica está associada ao estado de compressão ou alongamento de um objeto elástico (semelhante a uma mola). Um exemplo bem simples é se você comprime ou alonga uma mola, você realiza trabalho para modificar as posições relativas das esperas dentro da mola. O resultado do trabalho realizado pela sua força é um aumento da energia potencial elástica da mola.

Trabalho

Conceito: é a energia transferida de um objeto através de uma força que agirá sobre outro objeto. Quando a energia é transferida para o objeto, o trabalho é positivo; quando a energia é transferida do objeto, o trabalho é negativo. Trabalho, portanto, é a energia transferida de um corpo para outro.

Trabalho de uma força

Uma força realiza trabalho quando produz uma certa variação ou transformação de energia, o trabalho "calcula" essa quantidade de energia. Uma força aplicada na mesma direção do deslocamento (com exceção da força centrípeta) provoca alteração neste deslocamento realizando trabalho.

OBS: A força centrípeta não realiza trabalho por não transformar e nem variar a energia, embora altere o movimento e o deslocamento do corpo.

Para ilustrar o conceito acima temos:

[pic 9]

Para:[pic 10]

 = trabalho[pic 11]

= força[pic 12]

 = deslocamento[pic 13]

Relação entre Trabalho e Energia

Trabalho e Energia cinética:

Para calcular o trabalho que uma força realiza sobre um objeto quando este sofre um deslocamento, usamos apenas a componente da força paralela ao deslocamento do objeto. A componente da força perpendicular ao deslocamento não realiza trabalho.

Uma ação de força F imprime a um corpo uma determinada aceleração provocando uma variação em sua velocidade, ou seja, variação da energia cinética do corpo. 
Pode-se demonstrar que a quantidade de energia transferida pela força F, ou seja, o trabalho realizado pela forca F durante o deslocamento d é igual à variação da energia cinética do corpo.

Para isso temos o Teorema da Energia Cinética (TEC) que diz que:

"O trabalho da força resultante é medido pela variação da energia cinética."

[pic 14]

[pic 15]

• Se a resultante realiza um trabalho motor (>0), a energia cinética aumenta. [pic 16]
• Se a resultante realiza um trabalho resistente (<0), a energia cinética diminui. [pic 17]
• Caso a energia cinética não tenha variado entre duas posições, significa que a resultante das forças agentes sobre o corpo realizou um trabalho nulo.

Trabalho e Energia potencial

Para que a força seja realmente uma função da posição é necessário que sempre que a partícula se encontrar num ponto da sua trajetória, a força nesse ponto seja sempre igual. Uma força com essa propriedade é denominada força conservativa.
O trabalho exercido pela força gravitacional em um objeto depende somente da mudança de sua altura pois essa força é conservativa.