Trabalho energia e potencia

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DEPARTAMENTO de ENGENHARIA MECÂNICA

CURSO de MECÂNICA CLÁSSICA

Prof. Aldo Falconi

Aula # 9

Trabalho, Energias e Potência

Estuda as interações entre os corpos e suas influências no seu estado de movimento.

1. Trabalho – W ou τ

Uma força realiza um trabalho sobre um corpo, quando age contra outra que tende a impedir o movimento do corpo. O trabalho é uma grandeza escalar.

Seja uma força externa constante F aplicada a um corpo formando um ângulo θ  com a direção do movimento e s o deslocamento que produz. O trabalho da força F define como o produto da força pelo deslocamento s.

W = F . cos θ . s,          W = τ

Quando θ = 0°,     cos θ = 1,      logo   –   W = F x s

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Unidades de medida:

Sistema técnico ou popular – 1 quilograma força x 1 metro = 1 kgf x 1 m = 1 kgfm, kgm ou kgmf

Sistema Internacional – 1 Newton x 1 metro = 1 N x 1 m = 1 Nm = 1 J (Joule)

Sistema inglês – 1 libra força x 1 jarda, 1 pé.lb, 1 lb.pé, 1 lbf.pol, 1 pol.lbf

Conversão: 1 J = 1 Nm = 0,102 kgfm; 1 kgfm = 9,81 J

ATENÇÃO: PROVA 3 – DIA 27 e 28/05 – segunda e terça – ok – Leis de Newton, Trabalho, Potência, Energias, Rendimento, Torque, Máquina Simples,

Aplicação:

Um fazendeiro amarra seu trator a uma prancha, carrinho, carregado de madeira e o puxa até uma distância de 20 m, o peso total do carrinho é FP = 1500 kgf. O trator exerce uma força constante de FT = 510 kgf formando um ângulo θ = 36,9º acima da horizontal. Existe uma força de atrito de Fat = 3500 N que se opõe ao movimento. Calcule o Trabalho (W) de cada força realizada sobre o carrinho e o Trabalho total realizado por todas as forças, calcule também o trabalho resultante desta operação.

Adote g = 9,81 m/s²

WFP = zero

WFat = -70 kJ

WFTx = 80 kJ

WFTy =zero

WFR =  10 kJ

1. Energia de um Corpo

É a capacidade que um corpo tem para realizar trabalho

2.1) Energia Potencial – EP

É a capacidade de realizar trabalho devido ao estado, cota ou local onde se encontra.

EP = m . g . h

sendo:

m = massa em (kg)

g = aceleração da gravidade local em (m/s2)

h = cota do piso ao local onde repousa o corpo (m)

logo

Energia do local = kg . m/s2 . m = J (Joule) no SI;

Sistema Técnico Popular – kgfm, kgmf - lbf.pé ou lbf.pol, etc...

2.2) Energia Cinética – EC

É a capacidade de realizar trabalho devido à sua velocidade, ao seu movimento.

EC = ½ . m .v2

sendo:

m = massa em (kg)

v = velocidade do corpo em (m/s)

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Energia de movimento = kg . (m/s)2 = J (Joule) no SI;

Sistema Técnico Popular - kgfm ou kgmf, lbf.pé ou lbf.pol, etc...

2.3) Conservação de Energia

Segundo Lavoisier – “A energia não se cria nem se perde, unicamente se transforma em outro tipo de energia”.

Isto implica que massa, em certas condições, pode ser considerada como energia, estudado na teoria da relatividade.

A energia não se cria nem se destrói - somente se transforma em outra energia.

Também se pode fazer o somatório de todas as energias envolvidas no sistema, na máquina, no equipamento, etc., Fazendo o BALANÇO DE ENERGIA, gerando assim a Energia Mecânica Total  –

EM = EC + EP + EE +E etc.

ENERGIA – disponibilidade de energia – é a fração da energia que se pode trocar em trabalho se o sistema for levado de forma “reversível” até o “estado morto”, isto é, até o equilíbrio térmico, de temperatura.

1.  Potência

É a capacidade da máquina ou equipamento produzir o trabalho realizado num intervalo de tempo determinado.

P (W) = w (work) (J) / t (time) (s)

P (W) = Τ  (trabalho) (J) / t (tempo) (s)         

P (W) = F (N) x Vm (m/s)

1 Watt = 1 Joule / 1 segundo,     1 W = 1 J/s,         no SI.

Outras unidades de medidas de Potência:

1 quilowatt (kW) = 1000 W = 1,341 cv (cavalo vapor)

= 0,9487 BTU/s = 239,05 calorias/s

1 kWh – 1000W x 3600S = 3,6 x 106 J – usado para calcular a conta de luz em R$.

1 cv = 75 kgfm/s = 4500 kgf/min = 735,5 W

1 hp = 745,7 W = 550 lb.pé/s

1 BTU/h = 0,293 W

4) Rendimento

Rendimento de uma Máquina – η (eta) %