Professora Paula Melo Silva

Apresentação em tema: "Professora Paula Melo Silva"— Transcrição da apresentação:

1 Professora Paula Melo Silva
Energia e movimentos Professora Paula Melo Silva

2 ENERGIA MECÂNICA E ENERGIA INTERNA
SISTEMA Corpo, região ou conjunto de partículas que são o objeto de estudo. Existem apenas duas formas básicas de energia: energia cinética energia potencial

3 Energia associada ao estado de movimento de um objeto.
ENERGIA CINÉTICA Energia associada ao estado de movimento de um objeto. Qualquer corpo em movimento possui energia cinética e quanto maior for a sua velocidade maior será a quantidade de energia cinética que possui. A linha de um gráfico de Ec em função de v2 é uma reta que passa na origem sendo o declive igual a m/2, enquanto a de um gráfico de Ec em função de v será uma parábola.

4 Energia potencial Energia armazenada num sistema em consequência da sua posição ou condição. Nos eletrões na nuvem eletrónica de um átomo, a interação entre as partículas com carga elétrica origina uma energia potencial elétrica. Numa mola esticada a alteração da sua forma cria uma energia potencial elástica. A água armazenada numa barragem apresenta energia potencial gravítica (Epg), que resulta da interação da água com a Terra.

5 Energia mecânica A soma da energia cinética com a energia potencial de um sistema designa-se energia mecânica (Em) de um sistema.

6 Energia interna Energia que tem em conta a estrutura do sistema que é constituído microscopicamente por muitas partículas. Para a energia interna contribuem duas formas básicas de energia: a energia potencial interna - resulta das várias interações entre as partículas que constituem o sistema a nível microscópico; a energia cinética interna - associada ao movimento das partículas que constituem o sistema a nível microscópico.

7 maior o número de partículas que constitui o sistema
Maior massa (m) ↓ maior o número de partículas que constitui o sistema maior número de interações maior energia potencial interna. Maior temperatura (T) ↓ maior agitação das partículas maior energia cinética média interna A energia interna é maior no gobelé que tem maior massa. A energia interna é maior no gobelé que se encontra a temperatura mais elevada.

8 SISTEMA MECÂNICO Sistema mecânico é um sistema em que as variações de energia interna não são tidas em conta. Para simplificar o estudo dos sistemas mecânicos pode considerar-se o sistema como uma única partícula onde se encontra toda a sua massa. Ao ponto onde se considera estar concentrada toda a massa do sistema dá-se o nome de centro de massa.

9 O modelo da partícula material só é válido
O estudo do sistema reduzido a uma única partícula designa-se modelo da partícula material. O modelo da partícula material só é válido para sistemas mecânicos (as variações de energia interna são desprezáveis, pois uma só partícula não tem energia interna) constituídos por sólidos indeformáveis (mantendo as partículas as suas posições relativas) em movimento de translação (todos os pontos do sistema se movem com a mesma velocidade)

10 O TRABALHO COMO MEDIDA DA ENERGIA TRANSFERIDA POR AÇÃO DE FORÇAS
Grandeza vetorial caracterizada por: direção: a da reta segundo a qual a força atua; sentido: que indica a orientação da força numa dada direção; ponto de aplicação: no centro de massa do sistema onde a força atua; intensidade: que indica o valor da força e corresponde à norma do vetor, acompanhado da respetiva unidade.

11 A aplicação de uma força num determinado sistema pode provocar variação na sua energia cinética ou da sua energia potencial gravítica. A B C Exemplos da relação entre força e movimento: num pontapé numa bola (A), num salto de bungee jumping (B) ou na elevação de um contentor (C).

12 Para uma força realizar trabalho
Energia transferida pelo (ou para o) sistema através da atuação de uma força sobre esse sistema. Para uma força realizar trabalho terá de existir deslocamento do sistema. A força aplicada pelo “trabalhador” realiza trabalho sobre a caixa (A), mas não realiza trabalho sobre a parede que não se desloca (B).

13 O valor do trabalho depende da intensidade da força aplicada, do deslocamento efetuado (∆r) e do ângulo existente entre a direção da força e do deslocamento. Para se poder considerar que uma força realiza trabalho tem que haver deslocamento do sistema como consequência da sua aplicação e tem de existir uma componente, dessa força, na direção do deslocamento. O trabalho realizado é máximo quando a força tem a direção do deslocamento.

14 SITUAÇÃO 1 Força constante que atua na direção e no sentido do deslocamento do objeto. Trabalho potente SITUAÇÃO 2 Força constante que atua na direção do deslocamento do objeto, mas no sentido oposto. Trabalho resistente Nestas situações, a transferência de energia sob a forma de trabalho é máxima.

15 Força constante que atua perpendicularmente ao deslocamento.
SITUAÇÃO 3 Força constante que atua perpendicularmente ao deslocamento. Trabalho nulo SITUAÇÃO 4 Força constante que atua segundo um ângulo α em relação à direção do deslocamento. Se 0º < a < 90º o sistema recebe energia Trabalho potente Se 90º < a < 180º o sistema cede energia Trabalho resistente

16 Uma força pode ser representada num referencial ortonormado
(o.n.) xOy, em que o eixo das abcissas coincide com a direção do movimento. A componente da força na direção do movimento é a única responsável pelo trabalho realizado sobre o centro de massa do corpo, uma vez que a componente na direção vertical ,sendo perpendicular ao deslocamento, não realiza trabalho.

17 O trabalho da resultante das forças aplicadas sobre um corpo é igual à soma dos trabalhos realizados por cada uma das forças. Deslocamento do corpo pela atuação de várias forças. ou No gráfico de FR,ef em função de r, a área corresponde ao trabalho realizado pela força resultante na direção do movimento.

18 TEOREMA DA ENERGIA CINÉTICA
A variação de energia cinética é igual ao trabalho da resultante das forças aplicadas num corpo. Quanto maior a variação da energia cinética provocada no corpo, maior o trabalho da força resultante. Na situação de um automóvel que se move com velocidade constante, a sua energia cinética não varia e o trabalho resultante realizado sobre o automóvel é nulo.

19 • Se o sistema recebe energia:
O Teorema da Energia Cinética relaciona o trabalho da resultante das forças que atuam num sistema com a quantidade de energia recebida ou cedida pelo sistema. Então: • Se o sistema recebe energia: (a velocidade aumenta) • Se o sistema cede energia: (a velocidade diminui) • Se a energia do sistema não varia: (a velocidade mantém-se constante)

20 FORÇAS CONSERVATIVAS E FORÇAS NÃO CONSERVATIVAS
FORÇA CONSERVATIVA Força cujo trabalho realizado, para mover uma partícula entre duas posições, é independente da trajetória do movimento e nulo se essa trajetória for fechada. Exemplos de forças conservativas: A força gravítica A força elástica O trabalho realizado por uma força conservativa é o mesmo nas duas trajetórias.

21 Força cujo trabalho realizado numa trajetória fechada é não nulo.
FORÇA NÃO CONSERVATIVA Força cujo trabalho realizado numa trajetória fechada é não nulo. O trabalho realizado por uma força não conservativa sobre uma partícula que se move entre duas posições depende da trajetória descrita pela partícula. Exemplos de forças não conservativas: A resistência do ar A força de atrito

22 Força gravítica (peso)
Força de atração à distância que a Terra exerce sobre todos os corpos que possuem massa. FORÇA GRAVÍTICA Grandeza vetorial caracterizada por: Direção: vertical do lugar; Sentido: para o centro do planeta; Ponto de aplicação: centro de massa do corpo; Intensidade: Fg = m g

23 Trabalho realizado pelo peso:
Numa descida Numa subida Na horizontal

24 Trabalho realizado pelo peso na descida:
De um plano inclinado De um degrau

25 As situações analisadas permitem concluir que o trabalho do peso é:
negativo (resistente) na subida; positivo (potente) na descida; nulo no movimento horizontal; independente da trajetória do corpo. O trabalho do peso pode ser determinado pela expressão:

26 PESO COMO FORÇA CONSERVATIVA
O peso é uma força conservativa pois apresenta um trabalho independente da trajetória e nulo num percurso fechado. Subida de montanha através de teleférico e descida pela pista de esqui na Serra da Estrela.

27 ENERGIA POTENCIAL GRAVÍTICA
A energia potencial gravítica é diretamente proporcional à altura. A altura, h, a que se encontra o corpo é medida em relação a um nível de referência, que pode ser tão diverso como o nível médio das águas do mar ou o chão de um apartamento no 10.º andar (desde que adequado ao sistema em estudo), onde se considera nula a energia potencial gravítica.

28 O trabalho realizado pelo peso é simétrico da variação da energia potencial gravítica.

29 CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA
Quando num sistema mecânico atuam apenas forças conservativas ou em que também atuam forças não conservativas que não realizam trabalho há conservação da energia mecânica do sistema, ocorrendo apenas a transformação de energia potencial gravítica em energia cinética e vice-versa.

30 Exemplos: No caso da uma criança num baloiço, considerando desprezáveis as forças não conservativas: durante a descida a velocidade aumenta, pois a energia potencial está a transformar-se em energia cinética; durante a subida a velocidade diminui, pois a energia cinética transforma-se em energia potencial, atingindo a criança a mesma altura com que foi lançada.

31 Ao largar o pêndulo, inicialmente em repouso, de uma altura h:
à medida que cai, a energia potencial gravítica é convertida em energia cinética e a velocidade aumenta; quando o pêndulo sobe, a velocidade diminui com a altura e a energia cinética converte-se em energia potencial gravítica.

32 Havendo conservação da energia mecânica, a altura atingida pelo pêndulo será igual à altura de onde foi largado.

33 VARIAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA
O trabalho efetuado pelas forças não conservativas sobre um sistema é igual à variação da sua energia mecânica.

34 Criança num escorrega:
Exemplos: Criança num escorrega: a energia cinética com que atinge a base do escorrega não corresponde à energia potencial com que iniciou o movimento; existe dissipação de energia pela atuação das forças de atrito; ocorre aumento da temperatura do escorrega. A ação da força de atrito provoca a dissipação de energia durante a descida do escorrega.

35 O trabalho de forças não conservativas, como a resistência do ar e/ou a força de atrito, é sempre negativo. A energia mecânica diminui e, por isso, estas forças dizem-se dissipativas, pois provocam a dissipação de energia no sistema onde atuam. A energia dissipada por ação de forças não conservativas do tipo dissipativas é simétrica do trabalho realizado por essas forças.

36 Por exemplo, a força muscular.
Também existem forças não conservativas cujo efeito é aumentar a energia mecânica do sistema. Por exemplo, a força muscular. Quando uma mala que estava parada é arrastada por ação de uma força muscular, esta faz aumentar a energia cinética da mala. A força muscular é uma força não conservativa capaz de aumentar a energia cinética de um corpo.

37 A energia mecânica permanece constante
Quando um carro se move com velocidade constante, a força que o motor aplica realiza um trabalho simétrico do trabalho realizado pelas forças resistentes O trabalho total é nulo A energia mecânica permanece constante

38 DISSIPAÇÃO DE ENERGIA E RENDIMENTO Potência
Mede a taxa temporal de transferência de energia, ou seja, a energia transferida por unidade de tempo. Sendo o trabalho uma medida da energia transferida de ou para um sistema, quando esta transferência ocorre no intervalo de tempo, Δt, a potência média, P, pode ser definida como:

39 RENDIMENTO Corresponde à razão entre a energia útil e a energia mecânica disponível. A razão entre a potência útil e a potência total também corresponde ao rendimento.

40 Quanto maior for o rendimento de um sistema
Maior a quantidade de energia útil que ele produz Menor a energia dissipada Processo mais eficiente O rendimento pode tomar valores entre 0 (0%) e 1 (100%). É uma grandeza adimensional, pois é o quociente entre duas grandezas com a mesma unidade. Num sistema mecânico real, teremos sempre Ƞ < 100%, o que significa que é impossível a conversão integral de energia cinética em energia potencial gravítica, ou vice-versa, pois há sempre energia dissipada devido à ação de forças dissipativas, como o atrito.