No contexto da Física para o ENEM, exploraremos os conceitos de trabalho, potência e energia, fundamentais para compreender diversos fenômenos físicos. No entanto, para uma assimilação completa desses temas, é fundamental reconhecer a importância do reforço escolar. Neste post, destacaremos como o suporte adicional pode fortalecer o entendimento desses conceitos e garantir sucesso nas avaliações de Física.
O trabalho de uma força é a medida da energia transferida ou transformada.
Trabalho
Trabalho de uma força constante em uma trajetória retilínea
Considere um corpo que se desloca sobre uma reta, desde a posição A até a posição B, sob ação de um sistema de forças. Seja d o vetor deslocamento e F uma força constante entre as forças que agem no corpo. Por definição, trabalho W da força F no deslocamento d é a grandeza escalar:
W = F * d * cos θ
F e d são os módulos da força F e do vetor deslocamento d, respectivamente, e θ é o ângulo formado entre a direção da força F e o deslocamento d.
Quando o ângulo θ é agudo (ou θ = 0), a força F favorece o deslocamento e o trabalho é positivo e denominado trabalho motor. Quando o ângulo θ é obtuso (ou θ = 180º), a força F não favorece o deslocamento e o trabalho é negativo e denominado trabalho resistente. Para θ = 90º, o trabalho é nulo.
Trabalho do peso
W = ± m * g * h
- +: corpo desce
- -: corpo sobe
O trabalho do peso não depende da trajetória entre as posições inicial e final.
Método gráfico para cálculo do trabalho
No gráfico da componente tangencial da força (Ft) em função do espaço (s), entre as posições A e B, cujos espaços são s₁ e s₂, a área A é numericamente igual ao valor absoluto do trabalho da força F, no deslocamento d.
A = |W| (numericamente)
A propriedade enunciada tem validade geral, ou seja, a força F pode ser variável e a trajetória qualquer.
Trabalho da força elástica
W = ± k * x² / 2
- -: quando alongamos ou comprimimos a mola
- +: quando a mola volta à posição de equilíbrio
O trabalho da força elástica não depende da trajetória entre as posições inicial e final.
As forças cujos trabalhos entre dois pontos independe da forma da trajetória são chamadas forças conservativas. Às forças conservativas associa-se o conceito de energia potencial.
Potência
Considere uma força F que realiza um trabalho W num intervalo de tempo Δt. Define-se potência média P dessa força, nesse intervalo de tempo, pela relação:
P = W / Δt
Sendo a força constante, agindo com uma velocidade v, temos:
P = F * v * cos θ
Considerando a força constante paralela ao deslocamento (cos θ = 1), resulta para a potência instantânea:
P = F * v
Rendimento
Considere uma máquina que receba uma potência total Pt e utilize a potência Pu (potência útil), perdendo a potência Pd (potência dissipada). Define-se rendimento η da máquina a relação entre a potência útil Pu e a potência total recebida Pt:
η = Pu / Pt
Energia
Energia cinética
A energia cinética é uma forma de energia associada ao estado de movimento de um corpo. Se um corpo de massa m apresenta uma velocidade v, sua energia cinética Ec é dada por:
Ec = m * v² / 2
Teorema da energia cinética
A variação da energia cinética de um corpo entre dois instantes quaisquer é dada pelo trabalho da resultante das forças que atuam sobre o corpo, entre os instantes considerados.
Wr = (m * vB² / 2) - (m * vA² / 2)
Energia potencial
É a forma de energia associada à posição que um corpo ocupa no campo gravitacional (energia potencial gravitacional) ou associada à deformação de um sistema elástico (energia potencial elástica).
Energia potencial gravitacional:
Ep = m * g * h
onde m é a massa do corpo, g a aceleração da gravidade e h a altura em relação ao nível de referência (em geral o solo).
Energia potencial elástica:
Ep = k * x² / 2
onde k é a constante elástica da mola e x é a distância em que a mola foi comprimida ou esticada.
Energia mecânica
Energia mecânica é a soma da energia cinética com a energia potencial.
Emec = Ec + Ep
Conservação da energia mecânica
A energia mecânica de um sistema se conserva quando ele se movimenta sob ação de forças conservativas e eventualmente de outras forças que realizam trabalho nulo.
Princípio da conservação da energia
Vimos que nos sistemas conservativos ocorre a transformação de energia potencial em cinética e vice-versa, de modo que a energia mecânica permanece constante. Havendo outras formas de energia, enunciamos o princípio da conservação da energia:
Energia não pode ser criada ou destruída, mas unicamente transformada.
Importância do Reforço Escolar
Dominar os conceitos de trabalho, potência e energia é fundamental para obter sucesso no ENEM e em outras avaliações de Física. No entanto, para um aprendizado completo e eficaz, é essencial investir em reforço escolar. Com orientação especializada e prática adicional, você estará preparado para compreender profundamente esses temas e aplicá-los em diferentes contextos. Não subestime a importância do reforço escolar em sua jornada educacional. Junte-se a nós para uma preparação completa e eficaz!
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