Trabalho, potência, energia, impulso, quantidade de movimento e conservação de energia

1. Trabalho, potência, energia, impulso, quantidade de movimento e conservação de energia Lilian de Souza Vismara PROF. MATEMÁTICA e FÍSICA Mestre Eng. Elétrica – ESSC / USP Licenciada em Matemática – UFSCar

2. Introdução • O que é TRABALHO? • A potência de um trabalho... • O que é ENERGIA? • Impulso de uma força e quantidade de movimento. • Conservação da quantidade de movimento e da energia mecânica. • Contextualização.

3. O que é TRABALHO? Em nosso dia-a-dia, associamos o conceito de trabalho a um esforço físico ou a um emprego formal ou informal. Entendemos que está fazendo um trabalho tanto o estivador que levanta pesados sacos de café no porto quanto o vigilante que fica sentado observando atentamente clientes que entram em um estabelecimento comercial qualquer e saem dele. • Será semelhante o conceito de trabalho na física? • Quem realiza trabalho fisicamente falando? • E o que é necessário para realizar trabalho? TRABALHO É A TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA Fisicamente não podemos realizar trabalho se não tivermos energia para tanto e, se realizarmos algum trabalho, certamente transferimos (“gastamos”) energia.

4. “Trabalhando”? Se você simplesmente segura e mantém um objeto a uma determina altura do solo, a força resultante sobre o objeto é nula, pois você faz uma força igual e contrária ao peso deste. Embora você possa pensar que neste caso está realizando algum trabalho para segurar o objeto, na realidade você está apenas fazendo uma força que não está transferindo energia para o objeto e dizemos que você não está “trabalhando”. Em termos físicos, dizemos: NÃO REALIZOU TRABALHO.

5. A potência de um trabalho... POTÊNCIA: conceito ligado à rapidez com que se transfere energia ou se realiza trabalho Podemos transferir energia lenta ou rapidamente. Se você sobe uma escada devagar ou depressa, o trabalho para levantar o seu próprio peso é o mesmo, porém ao subir depressa, você terá exigido mais POTÊNCIA.

6. O que é ENERGIA? Certamente muitas modalidades de energia estão presentes em nosso cotidiano, como a elétrica, a hidráulica, a luminosa, a nuclear, entre outras. Dizemos que a energia total do universo é constante, isto é: a energia não pode ser criada ou destruída, porém sempre pode ser transformada de um tipo em outro. Estudaremos apenas a ENERGIA MECÂNICA (EMEC), que por sua vez, é a soma de dois tipos de energia: potencial (em virtude de uma determinada posição) e cinética (em virtude de um movimento). EMEC = EP + EC • Energia mecânica potencial (EP): aquela que se encontra armazenada num determinado sistema e que pode ser utilizada a qualquer momento para a realização de uma tarefa. • Energia mecânica cinética (EC): aquela que se manifesta nos corpos em movimento, Ela pode ser calculada pela relação:

7. Impulso de uma força e quantidade de movimento Se considerarmos as grandezas vetoriais (força, aceleração e velocidade) e escalares (massa e tempo) envolvidas no fenômeno colisão, devemos introduzir os conceitos de impulso de uma força e quantidade de movimento, conceitos também vetoriais. A experiência mostra que o impulso produzido depende das forças trocadas e do intervalo de tempo, enquanto a quantidade de movimento depende da massa dos corpos envolvidos e da sua velocidade em um determinado instante.

8. Conservação da quantidade de movimento e conservação da energia mecânica Se as forças trocadas entre os corpos que colidem forem tão intensas que eventuais outras forças possam ser consideradas (sistema isolado), observa-se a conservação da quantidade de movimento do sistema de corpos envolvidos, mesmo que a energia mecânica seja transformada em outras forma de energia Em alguns casos, a colisão pode conservar também a energia mecânica e diz-se que a colisão é do tipo elástica, como ocorre, com boa aproximação, entre bolas de bilhar que batem uma na outra ou nas tabelas da mesa de bilhar. Neste caso, dizemos que o sistema, além de isolado, é também conservativo, isto é, ocorre a conservação da energia mecânica

9. Contextualização Se um veículo está percorrendo uma estrada a, digamos, 80 km/h e colide diretamente com a traseira de outro veículo idêntico que está indo no mesmo sentido, porém a apenas 40km/h, que conseqüências decorrem do acidente? Mesmo utilizando cintos de segurança, o que é obrigatório por lei!, as pessoas no interior dos veículos podem se ferir séria ou até fatalmente, por causa das forças intensas trocadas, em um curto intervalo de tempo, entre elas e partes do interior dos carros. Tais forçasrealizam trabalho, transferindo energia cinética que podem transformar-se em energia potencial de deformação das partes dos veículos e dos corpos das pessoas.

10. Referências Apostilas do Sistema Maxi de Ensino. Anjos, Ivan Gonçalves. Apostila de Física do Sistema de Ensino IBEP. São Paulo: Editora Afiliada, 2006. 224p.