Exercícios sobre trabalho e energia em Física

Embora a ideia de trabalho pareça um gasto de energia de uma pessoa, não usamos o “trabalho de uma pessoa”. O trabalho é sempre associado a uma força, por isso usamos o trabalho de uma força. É o ato de transferir energia a um corpo.

É a grandeza escalar obtida pelo produto escalar da força pelo vetor descolamento.

W = F . Δs

É comum o uso das letras W ou τ para designar trabalho.

Para uma força constante que proporciona um deslocamento na direção da força, pode-se escrever:

Trabalho de uma Força perpendicular ao Deslocamento

A força perpendicular à velocidade não vai modificar a velocidade, assim não vai transmitir energia ao corpo.

Por exemplo: Um corpo sendo arrastado em uma superfície terá trabalho da força normal igual a zero. Não há contribuição energética por parte da normal para que o movimento se realize (ou fazendo uma análise matemática o ângulo entre a força e o deslocamento é de 90°).

Potencial

Para poder entender o conceito de energia, é preciso entender o conceito de potência. Vamos pegar um exemplo. Digamos que você tem a capacidade de passar na sua prova. Dizer que você possui essa capacidade não significa que você vai passar, mas significa que você tem tudo que é preciso para conseguir fazer com que isso aconteça, ou seja, você tem o potencial necessário. Fisicamente falando, o potencial de uma grandeza esta ligado com a capacidade de ter uma determinada energia e se existe essa energia, é possível realizar trabalho. Dentro do cotidiano, a ideia potência é ligada a utilização de maquinas. Podemos dizer que uma maquina com um determinado valor de potencial é uma maquina que consegue utilizar uma determinada energia em um tempo para gerar um determinado trabalho. 

Energia

Energia e Trabalho são grandezas de mesma dimensão. Estão associados às forças que de alguma forma proporcionam ou podem proporcionar movimento.

Faremos aqui a análise da Energia Mecânica

A energia mecânica é a soma das energias potencial e cinética. A energia potencial pode ser do tipo gravitacional (associada à força peso) ou elástica (associada à força elástica).

E_mecânica = E_potencial + E_cinética

Energia Potencial Gravitacional

(é necessário um desnível em relação a um referencial)

E_pg = m.g.h

Energia Potencial Elástica

(é necessário a deformação no meio elástico)

E_p(el) = K.x²/2

Cinética

(é necessário que o corpo esteja em movimento)

E_cin = m.v²/2

Obs: Para a solução de exercícios de energia é preciso pensar da seguinte forma: Qual tipo de energia mecânica o corpo possui? Se tiver velocidade - tem energia cinética; se tiver altura em relação a um referencial tem energia potencial gravitacional; se tiver mola ou meio elástico deformado - tem energia potencial elástica.

 
Conservação de Energia

O Princípio da Conservação da Energia diz que quando um número é calculado no início de um processo (o valor da energia), ele será o mesmo no fim do processo. A energia poderá sofrer mudanças na sua classificação, mas continuará sendo expressa pelo mesmo número. Assim, ao ligarmos uma torradeira na tomada, estamos transformando a energia elétrica em energia térmica. Um liquidificador transforma energia elétrica em energia cinética e energia térmica. Uma usina nuclear transforma energia nuclear em calor que será transformado em energia cinética que será transformada em energia elétrica.
Quando aplicamos o Princípio da Conservação de Energia em sistemas mecânicos, estamos dizendo que a energia mecânica será mecânica até o fim do processo, isto é, não será transformada em outra forma de energia.

E_{mecânica (inicial)} = E_{mecânica (final)}