FÍSICA - PROF TAVARES

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E. E MÁRIO BOMBASSEI FILHO

PLANO DE AULA 2º Bimestre

PROFESSOR: TAVARES DISCIPLINA: FÍSICA TURMAS: 1º ANO H, I

Títulos: - Trabalho e Energia - Trabalho e potência Estratégia: - Aula EAD – CMSP Central de Multimídia - Discussão em grupo e/ou rede social - Atividades disponibilizadas em rede de blog - Vídeos explicativos Temas e conteúdo: Energia e Trabalho Competências e habilidades: Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá-los em diferentes contextos. H17 – Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. Aplicar conceitos de energia em trabalho e classificar o tipo de trabalho. Aula: Esta atividade contempla as aulas referentes às semanas do mês de julho de 2020 e, se refere às duas aulas semanais para cada uma das turmas supracitadas. Leia com atenção Os exercícios desta atividade deverão ser transcritos para o caderno e, somente apresentados ao professor responsável através do e-mail e/ plataformas solicitadas.

Trabalho Trabalho é uma grandeza física relacionada a transferência de energia devido a atuação de uma força. Realizamos um trabalho quando aplicamos uma força em um corpo e este sofre um deslocamento. A unidade de medida do trabalho no sistema internacional de unidades é o N.m. Essa unidade recebe o nome de joule (J). Este nome é em homenagem ao físico inglês James Prescott Joule (18181889), que realizou importantes estudos no estabelecimento da relação entre trabalho mecânico e calor. Trabalho e Energia A energia é definida como a capacidade de produzir trabalho, ou seja, um corpo só é capaz de realizar um trabalho se possuir energia. Por exemplo, um elevador só é capaz levantar um objeto pesado (produzir trabalho) quando ligado a uma fonte de energia.

Trabalho de uma Força -Força constante Quando uma força constante atua em um corpo, produzindo um deslocamento, o trabalho é calculado usando-se a seguinte fórmula: W = F . d . cos θ Sendo: W: trabalho (J) F: força (N) d: deslocamento (m) θ: ângulo formado entre o vetor força e a direção do deslocamento Quando o deslocamento acontece no mesmo sentido da componente da força que atua no deslocamento, o trabalho é motor. Ao contrário, quando ocorre em sentido contrário, o trabalho é resistente. Exemplo:

Uma pessoa quer mudar a posição de um armário e para isso o empurra fazendo uma força constante e paralela ao chão, com intensidade de 50N, conforme figura abaixo. Sabendo que o deslocamento sofrido pelo armário foi de 3 m, determine o trabalho realizado pela pessoa sobre o armário, nesse deslocamento. Solução: Para encontrar o trabalho da força, podemos substituir diretamente na fórmula os valores informados. Observando que o ângulo θ será igual a zero, pois a direção e o sentido da força e do deslocamento são os mesmos. Calculando o trabalho: W = 50. 3 . Cos 0º W = 150 J - Força variável Quando a força não é constante, não podemos utilizar a fórmula acima. Contudo, verifica-se que o trabalho é igual, em módulo, a área do gráfico da componente da força pelo deslocamento (F x d).

| W |= área da figura Exemplo: No gráfico abaixo, representamos a força motora que age no movimento de um carro. Determine o trabalho desta força que atua na direção do movimento do carro, sabendo que o mesmo partiu do repouso. Solução: Na situação apresentada, o valor da força não é constante em todo o deslocamento. Sendo assim, vamos calcular o trabalho através do cálculo da área da figura, que nesse caso é um trapézio. W = área do trapézio = (B + b). h/2 W = (600 + 300). 1200 /2 W= 540000 J

Trabalho da Força Peso Todos os corpos nas proximidades da superfície da Terra, sofrem a atuação de uma força devido ao campo gravitacional terrestre. Sendo assim, quando um corpo é abandonado de uma determinada altura, ele sofre um deslocamento provocado por esta força, chamada de Força peso. A força peso é calculada por P = m.g. Desta forma, podemos calcular o trabalho da força peso, com sendo: T=m.g.h Sendo, W: trabalho (J) m: massa do corpo (kg) g: aceleração da gravidade (m/s2) h: altura (m) O trabalho da força peso não depende do caminho, ou seja, seu valor só depende do ponto inicial e final da trajetória. Quando um corpo está caindo, o trabalho da força peso é motor, pois ela atua no mesmo sentido do deslocamento. Se, ao contrário, o corpo estiver subindo, o trabalho é resistente, pois o peso atua no sentido contrário do deslocamento. Exemplo: Um corpo de massa igual a 4 kg é abandonado do alto de um prédio a uma altura de 12 m. Considerando o valor da aceleração da gravidade local igual a 9,8 m/s2 Determine o trabalho produzido pela força peso no deslocamento do corpo até o chão. Solução: Para calcular o trabalho da força peso, basta multiplicar os valores indicados no enunciado. Como a força peso atua na mesma direção e sentido de enunciado. Como a força peso atua na mesma direção e sentido de deslocamento, o trabalho será positivo

W = 4 . 9,8 . 12 = 470,4 J

Trabalho da Força Elástica Quando esticamos ou comprimimos uma mola, verificamos que surge uma força que tenta fazer com que a mola volte a sua posição de equilíbrio. Essa força, chamada de força elástica não é constante e sua intensidade varia em função da deformação. Abaixo apresentamos o gráfico da força elástica: Assim, o módulo do trabalho da força elástica será igual a área da figura, que neste caso é um triângulo. Sendo expresso por: W = K .x² /2 Onde: W: trabalho (J) k: constante elástica da mola (N/m) x: deformação da mola (m O trabalho da força elástica, assim como o trabalho da força peso, também não depende da trajetória. Forças que possuem essa característica são chamadas de conservativas.

TRABALHO E POTÊNCIA

Quando uma força está realizando trabalho, às vezes estaremos interessados em saber a rapidez com que esse trabalho está sendo feito. Para medir essa rapidez, definimos a Potência Média (Pm) da força por: Pm= energia/variação de tempo Onde é o trabalho realizado num intervalo de tempo. No Sistema Internacional de Unidades a potência é expressa em watts (W).

O conceito de potência aplica-se também quando um corpo está recebendo ou fornecendo energia. Suponhamos que, num certo intervalo de tempo, um corpo receba (ou forneça) uma energia E. A potência média recebida (ou fornecida) nesse intervalo de tempo. Como a unidade de energia é igual à unidade de trabalho, também nesse caso, a unidade de potência é o watt (ou Hp ou cv). Continua valendo também a propriedade da área. Num gráfico da potência recebida (ou fornecida) por um corpo, em função do tempo (Fig.5) a área da figura sombreada é numericamente igual à energia recebida (ou fornecida) pelo corpo, no intervalo de tempo

A energia E pode ser uma energia mecânica, mas pode também ser um outro tipo de energia como por exemplo, a energia elétrica ou o calor.

Exercícios 1- Um bloco de 4 Kg é puxado com velocidade constante por uma distância de 4 m em um piso horizontal por uma corda que exerce uma força de 8 N fazendo um ângulo de 60º acima da horizontal. Sabendo que Cos (60º) = 0,5 e Sen (60º) = 0,86, determine o trabalho executado pela corda sobre o bloco. 2- Um garoto gasta 150 J de energia para empurrar uma caixa por três metros. Sabendo que a direção de aplicação da força do garoto forma

um ângulo de 60° com a direção do deslocamento da caixa, determine o valor da força feita pelo garoto. 3- Depois de comer uma barra de chocolate de 800 cal, um homem precisou empurrar um carro. Com a energia obtida do chocolate, o homem conseguiu empurrar o veículo por 20 m. Determine a força necessária para a realização dessa atividade. Dado: 1 cal = 4 J 4 -Você pega do chão um pacote de açúcar de 5 kg e coloca-o em uma prateleira a 2m de altura. Enquanto você levanta o pacote, a força que você aplica sobre ele realiza um trabalho. 5-A força peso que age sobre o pacote também realiza um trabalho. Considerando g = 10 m/s², determine: a) quanto vale o peso desse pacote de açúcar? b) calcule o trabalho realizado pela força peso durante a subida do pacote. Lembre-se que esse trabalho é negativo. 6-Para elevar um livro que pesa 5 N, do chão até uma altura de 2 m, qual o valor do trabalho necessário? 7- Um bloco de massa 2 kg é tirado do solo e colocado a uma altura de 5 m. Determine o trabalho da força peso. 8- (PUC-MG). Não realiza trabalho: a) a força peso de um corpo em queda livre; b) a força centrípeta em um movimento circular uniforme; c) a força de atrito durante a frenagem de um veículo; d) a tensão no cabo que mantém um elevador em movimento uniforme. e) a força de resistência do ar

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