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TRABALHO E ENERGIA. ENERGIA CONCEITO FUNDAMENTAL NA FÍSICA E NA VIDA COTIDIANA CRISE ENERGÉTICA: POUPAR PARA O FUTURO VITAMINAS: PARA TERMOS MAIS ENERGIA.

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1 TRABALHO E ENERGIA

2 ENERGIA CONCEITO FUNDAMENTAL NA FÍSICA E NA VIDA COTIDIANA CRISE ENERGÉTICA: POUPAR PARA O FUTURO VITAMINAS: PARA TERMOS MAIS ENERGIA BEBIDAS ENERGÉTICAS(?):

3 DIFERENTES FORMAS ENERGIA CINÉTICA: Movimento -> ½ mv² térmica e sonora: associadas com movimento de átomos e moléculas ENERGIA POTENCIAL: Posições e configurações de campos de forças: gravitacional, elétrica, nuclear química e luminosa: origem eletromagnética

4 potentialpotential late 14c., "possible" (as opposed to actual), from L.L. potentialis "potential," from L. potentia "power" (see potent). The noun, meaning "that which is possible," is first attested 1817, from the adj.potent potent c.1500, from L. potentem (nom. potens) "powerful," prp. of *potere "be powerful," from potis "powerful, able, capable" (cognate with Skt. patih "master, husband," Gk. posis, Lith. patis "husband"). Meaning "having sexual power" is first recorded 1899.

5 CONSERVAÇÃO DA ENERGIA ENERGIA TOTAL DO UNIVERSO PERMANECE CONSTANTE PODE MUDAR DE FORMA bate-estacas, usinas (hidro, termo, nucleares), corpo humano, veículos PROBLEMA: Degradação da Energia Aumento de Entropia TERMODINÂMICA

6 TRABALHO MEDIDA DA TRANSFORMAÇÃO/ VARIAÇÃO/TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA Quem ganhou energia: recebeu trabalho Quem perdeu energia: realizou trabalho TRABALHO foi realizado pela pessoa sobre a caixa: pessoa perde energia química (processos biológicos internos) e caixa ganha energia cinética e energia térmica por causa do atrito.

7 TRABALHO FOI REALIZADO PELO HALTEROFILISTA PARA LEVANTAR O PESO: aumentou a energia potencial do halteres diminuiu a energia do atleta FORÇA SÓ REALIZA TRABALHO QUANDO HÁ DESLOCAMENTO DO PONTO DE APLICAÇÃO NÃO HÁ REALIZAÇÃO DE TRABALHO PELO HALTEROFILISTA SOBRE O HALTERE QUANDO O MESMO ESTÁ PARADO NO ALTO Trabalho nos interno ao organismo do halterofilista para manter os músculos retesados

8 TRABALHO DA FORÇA CENTRÍPETA É NULO FORÇAS PERPENDICULARES AO DESLOCAMENTO NÃO REALIZAM TRABALHO PORQUE NÃO CAUSAM VARIAÇÃO NA ENERGIA CINÉTICA

9 ATRIBUTOS DA DEFINIÇÃO DE TRABALHO 1.Medida da energia transferida entre dois sistemas 2.Necessário haver deslocamento do ponto de aplicação da força 3.Força perpendicular ao deslocamento não realiza trabalho

10 TRABALHO DE UMA FORÇA CONSTANTE (unidade joule 1 J = 1 N.m) W = F. d Produto Escalar entre os vetores F e d (W= FxΔx + FyΔy + FzΔz) Componente da força na direção do movimento é que realiza o trabalho Quando F ajuda o movimento -> Energia Cinética Aumenta W é + Quando F atrapalha o movimento -> Energia Cinética Diminui W é -

11 TRABALHO DE UMA FORÇA VARIÁVEL área sob o gráfico Δ W = F(x) Δ x W ~ Σ F(x) Δx Fazendo Δ x -> 0 temos

12 TRABALHO EM TRAJETÓRIAS CURVILÍNEAS Integral de linha F.dr = F.dr = (Fxdx + Fydy + Fzdz) dW= F.dr = Fdr cosθ W total = Σ (F. dr)

13 TRABALHO E ENERGIA CINÉTICA W (x1->x2) = ½ mv 2 ² - ½ mv 1 ² Energia Cinética K = ½ m v² (unidade joule) Trabalho da força resultante sobre um partícula é igual à variação da sua energia cinética W = Δ K = K final - K inicial

14 POTÊNCIA Taxa temporal com que trabalho é realizado/a energia é transformada P media = W / Δ t P inst = d W / dt Unidade watt (W) 1 W = 1 J / 1s 1 kW = 10³ W 1 HP = 746 W 1 CV = 735 W Carro 1.6 ~ 100 CV

15 Lâmpada de 60 W 60 J / s Chuveiro elétrico 2600 W – 6800 W TV 105 W Geladeira 101 W Home-Theater 30 a 130 W Usina Jorge Lacerda 700 MW Angra I 500 MW Angra II 1000 MW Itaipu MW kWh medida de energia 1000 W em uma hora Preço do kWh (abril 2011) ~ R$ 0,4

16 Energia Potencial

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20 Energia Potencial Gravitacional Próximo da superfície da Terra P = mg constante

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22 (½ mv² + mgy) se conserva durante o movimento

23 Energia Mecânica do Sistema Terra-Corpo K = ½ mv² Energia Cinética Ug = mgy Energia Potencial Gravitacional (próximo da superfície da Terra de modo que a força de atração gravitacional possa ser considerada constante) E M = K + Ug se conserva desde os efeitos de outras forças sejam desprezíveis E M2 = E M1 E M = ½mv² + mgy = constante

24 E M =mv² + mgy = constante W peso = mg s cosθ = mgh F normal não realiza trabalho

25 E M =mv² + mgy = constante W peso = Σ mg ds cos θ = m g Δh F normal não realiza trabalho

26 E M =mv² + mgy = constante W peso = m g Δh T não realiza trabalho

27 Energia Potencial Elástica Peso e Normal não realizam trabalho Força variável W calculado pela área sob o gráfico

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29 (½ mv² + ½ Kx²) se conserva durante o movimento

30 Energia Mecânica do Sistema Massa-Mola K = ½ mv² Energia Cinética U e = ½ Kx² Energia Potencial Elástica E M = K + Ue se conserva desde o efeito de outras forças seja desprezíveis E M2 = E M1 E M = ½mv² + ½ kx² = constante

31 FORÇAS CONSERVATIVAS Força gravitacional Força elétrica Força exercida por uma mola E M = K + U = constante -> Δ U + Δ K = 0 -> ΔU = - Δ K Como W = Δ K -> Δ U = - W cons A variação da energia potencial do sistema é igual a menos a variação do trabalho das forças conservativas Em uma dimensão: dU = - F (x) dx -> F (x) = - dU ̸ dx

32 Forças Conservativas. O trabalho realizado por uma força conservativa depende apenas das posições inicial e final Δ U = - W cons ---> W 1->2 = - Δ U 1->2 = U (1) - U (2).O trabalho realizado por uma força conservativa em uma trajetória fechada é nulo

33 Diagramas de Energia Potencial Força Elástica do tipo F = - Kx U = ½ k x²

34 Energia Potencial de Ligação de Molécula Diatômica

35 Energia Mecânica Dissipada Quando existem forças dissipativas a energia mecânica final é menor do que a energia mecânica inicial; a diferença aparece como aumento da energia interna das partes em interação. No caso da força de atrito cinético: K final + U final + f c d = K inicial + U inicia l f c d é a energia mecânica dissipada


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