Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força

Trabalho Associamos a palavra trabalho à idéia do trabalho realizado pelas pessoas. E, principalmente, associamos a palavra trabalho à idéia de emprego e salário. No entanto, em física, a palavra trabalho tem um único significado: expressa a relação de uma força com o deslocamento do corpo sobre o qual essa força atua. “ O trabalho é a energia transferida PARA ou DO objeto por intermédio de uma força que atua sobre o mesmo.”

TRABALHO DE UMA FORÇA Vamos lembrar a definição de Força? FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força TRABALHO DE UMA FORÇA Vamos lembrar a definição de Força? ♣ Força: agente físico capaz deformar e/ou acelerar o corpo sobre o qual atua. F

TRABALHO DA FORÇA PARALELA AO DESLOCAMENTO FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força TRABALHO DA FORÇA PARALELA AO DESLOCAMENTO Imagine uma força constante, paralela, e de mesmo sentido que o deslocamento d efetuado por um corpo devido à ação da força que nele atua. F d

 = F.d F é a força. d é o deslocamento.  é o trabalho. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força O trabalho de uma força é definido como uma grandeza escalar correspondente ao produto da força pelo deslocamento, desde que a força e o deslocamento tenham mesma direção e sentido.  = F.d Em que: F é a força. d é o deslocamento.  é o trabalho.

1- a força F é medida em newtons (N); FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força No S.I.: 1- a força F é medida em newtons (N); 2- o deslocamento d é medido em metros (m); 3- o trabalho  é medido em joule (J). Tipos de Trabalho 1- Trabalho Motor: é quando a força e o deslocamento têm mesma direção e sentido. O trabalho é um número positivo. >0 ------- Trabalho Motor. F d

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força 2- Trabalho Resistente: é quando a força e o deslocamento têm mesma direção e sentidos contrários. O trabalho é um número negativo. <0 ------- Trabalho Resistente. F d

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos dar um exemplo? Um garoto empurra uma cômoda durante um certo intervalo de tempo e consegue deslocá-la por 5m. Sabendo que a força aplicada tem módulo de 20N e foi aplicada na mesma direção e sentido do deslocamento, determine o valor do trabalho realizado pela força.

Vamos resolver? F = 20N d = 5m FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos resolver? F F = 20N d = 5m d  = F.d  = 20.5  = 100J

Vamos para outro exemplo? FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos para outro exemplo? Um homem tenta deter a descida de um carro em uma rampa e aplica uma força de 100N na mesma direção dessa rampa, mas no sentido contrário ao da descida. Como o carro continua descendo por 8m, determine o valor do trabalho realizado pela força. F d

Vamos resolver? FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força F = 100N d = 8m Como a força F e o deslocamento d têm mesma direção e sentidos opostos, o trabalho é resistente, logo:  = - F.d  = - 100.8  = - 800J

TRABALHO DA FORÇA NÃO PARALELA AO DESLOCAMENTO FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força TRABALHO DA FORÇA NÃO PARALELA AO DESLOCAMENTO Agora imagine uma força constante F que forma um ângulo  em relação ao sentido de deslocamento d de um corpo: F  d = F.d.cos 

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos dar um exemplo? Durante um trabalho em um armazém, um homem puxa um caixote com uma força de 200N que forma um ângulo de 60° com a horizontal, direção na qual ocorre um deslocamento de 10m. Determine o trabalho realizado pela força aplicada pelo homem.

Vamos resolver? = F.d.cos  FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos resolver? = F.d.cos  F = 200N F 60° d = 10 m = 60° = 200.10.cos 60° d = 200.10.0,5 = 1000 J

Dizemos que a força que o homem aplica realiza esforço físico. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força OBS.: se a força F for perpendicular ao deslocamento (= 90°), ela não realiza trabalho. Nesse caso, dizemos que o trabalho é nulo. Aqui, a força que o homem coloca para segurar o caixote é perpendicular ao deslocamento; portanto, o trabalho realizado por essa força é nulo. F d Dizemos que a força que o homem aplica realiza esforço físico.

TRABALHO DE UMA FORÇA VARIÁVEL FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força TRABALHO DE UMA FORÇA VARIÁVEL Se a força F for variável, o trabalho pode ser calculado pelo gráfico da força F em função do deslocamento d do corpo. Como o trabalho é o produto da força pelo deslocamento, o valor absoluto do trabalho será numericamente igual à área sob o gráfico. Podemos usar o gráfico também para forças constantes. F d A área pintada de laranja é numericamente igual ao trabalho da força F.

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos dar um exemplo? d(m) 10 F(N) 20 O gráfico da figura mostra a variação da intensidade da força F que atua sobre um corpo, paralelamente a sua trajetória, em função do espaço percorrido d. Qual o trabalho, em Joules, realizado pela força quando o corpo vai de d = 2m para d = 6m?

Vamos resolver? A área um trapézio é dada por: A = ( B+b).H 2 FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos resolver? d(m) 10 F(N) 20 6 2 4 12 b= 4 H= 4 B= 12 A área um trapézio é dada por: A = ( B+b).H 2 A = (12+4).4 A = 16.4 A = 32 = 32J

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força TRABALHO DA FORÇA PESO Considere um corpo de peso P e seja h o deslocamento vertical sofrido pelo corpo durante um movimento vertical: 1- Na Subida 2- Na Descida H H = P.H = - P.H P

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força OBS.: o trabalho da força peso independe da trajetória adotada pelo corpo, isto é, depende apenas da altura e do peso do corpo:   H I = II=  III P I II III

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos dar um exemplo? Uma pessoa levanta do solo um corpo de massa 5kg até uma altura de 2,0m e, em seguida, o abaixa até uma altura final de 1,5m em relação ao solo. Determine, em Joules, o trabalho realizado pela força gravitacional (força peso).

Vamos resolver? 1- O corpo de massa 5kg sobe 2,0m. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos resolver? 1- O corpo de massa 5kg sobe 2,0m. 2- O corpo de massa 5kg desce até a altura de 1,5m em relação ao solo. H1 H2 P

Observe que, em relação ao solo, o corpo subiu apenas 1,5m. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Observe que, em relação ao solo, o corpo subiu apenas 1,5m. H = 1,5m m= 5kg g =10m/s2 = - P.H = - m.g.H = - 5.10.1,5 = - 75J

TRABALHO DA FORÇA ELÁSTICA FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força TRABALHO DA FORÇA ELÁSTICA Observe que, quando uma mola sofre deformações em regime elástico aplicando-lhe uma força F, surge uma força elástica Fel em sentido oposto que tende a trazer a mola à sua posição inicial de repouso:   Em que: F = Fel X F Fel Fel = K.X K é constante elástica da mola; X é deformação sofrida pela mola.

O trabalho da força elástica é numericamente igual à área do gráfico. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Para calcular o trabalho da força elástica, usaremos o gráfico da força elástica Fel em função da deformação X. Fel A = B.H 2 A = X.KX 2 A = KX2 2 KX O trabalho da força elástica é numericamente igual à área do gráfico. x X Ʈ= ± KX2 2

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força OBS.1: o trabalho da força elástica é positivo quando a mola está voltando para a posição inicial, pois o deslocamento (deformação X) e a força elástica têm mesma direção e sentido. OBS.2: o trabalho da força elástica é negativo quando a mola está sendo deformada, pois o deslocamento (deformação X) e a força elástica têm mesma direção e sentido opostos.

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Vamos dar um exemplo? Um corpo de massa 4kg está apoiado em um plano horizontal liso e comprime a mola em 20cm. A mola tem constante elástica de 1200N/m e, liberada, distende e empurra o corpo. Determine o trabalho da força elástica quando a mola se encontra comprimida.

Vamos resolver? FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força X = 20 cm = 0,2m K = 1200m Ʈ= ± KX2 2 Como a mola está sendo deformada, o trabalho é resistente. X

FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Trabalho de uma Força Ʈ= - KX2 2 Ʈ= - 1200(0,2)2 2 Ʈ= - 1200.0,04 2 Ʈ= - 24 J Ʈ= - 12.4 2 Ʈ= - 48 2