A potência mecânica é a medida da taxa de realização de trabalho em um sistema mecânico, ou seja, é a quantidade de energia que um dispositivo ou máquina é capaz de transferir ou transformar em um determinado intervalo de tempo. Ela é expressa em watts (W) ou cavalos-vapor (cv) e representa a capacidade de um sistema de realizar trabalho de forma eficiente.
As aplicações da potência mecânica são diversas e estão presentes em diferentes setores da indústria, como na construção civil, na indústria automotiva, na produção de energia, entre outros. Alguns exemplos de aplicação da potência mecânica são motores de carros, guindastes, elevadores, máquinas de produção, entre outros.
Aplicações práticas da energia mecânica: onde e como ela é utilizada?
A energia mecânica é uma forma de energia que está associada ao movimento e à posição de um objeto. Ela pode ser dividida em duas formas: energia cinética, relacionada ao movimento de um objeto, e energia potencial, relacionada à posição de um objeto em relação a uma força gravitacional. A combinação dessas duas formas de energia é o que chamamos de energia mecânica.
A energia mecânica é amplamente utilizada em diversas áreas da vida cotidiana. Uma das aplicações mais comuns da energia mecânica é na indústria, onde máquinas e equipamentos são acionados por motores que convertem energia mecânica em trabalho útil. Por exemplo, em uma fábrica, a energia mecânica é utilizada para movimentar esteiras, prensas e equipamentos de transporte.
Além disso, a energia mecânica é fundamental em diversos meios de transporte, como carros, aviões e trens. Os motores desses veículos convertem a energia mecânica em movimento, permitindo que eles se desloquem de um lugar para outro. Outra aplicação importante da energia mecânica é na geração de energia elétrica. Usinas hidrelétricas, por exemplo, utilizam a energia mecânica da água em movimento para gerar eletricidade.
É importante entender como essa forma de energia funciona e como ela pode ser aproveitada de forma eficiente em diferentes contextos.
Exemplos de energia mecânica: conheça as principais formas de energia provenientes do movimento.
A energia mecânica é a forma de energia associada ao movimento de um objeto. Existem diversas formas de energia mecânica, sendo algumas das principais:
- Energia cinética: é a energia associada ao movimento de um objeto. Quanto maior a velocidade do objeto, maior a sua energia cinética. Um exemplo de energia cinética é a de um carro em movimento.
- Energia potencial gravitacional: é a energia associada à altura de um objeto em relação à superfície da Terra. Quanto maior a altura do objeto, maior a sua energia potencial gravitacional. Um exemplo é a energia potencial de um objeto em queda livre.
- Energia potencial elástica: é a energia associada à deformação de um objeto elástico, como uma mola. Quanto mais a mola é esticada ou comprimida, maior a sua energia potencial elástica. Um exemplo é a energia potencial de uma mola comprimida.
Estas são algumas das principais formas de energia mecânica provenientes do movimento. É importante ressaltar que a energia mecânica pode ser transformada de uma forma para outra, de acordo com o princípio da conservação da energia.
Potência mecânica: o que é, aplicações, exemplos.
A potência mecânica é a taxa na qual o trabalho é realizado em um sistema. Ela é calculada pela divisão do trabalho realizado pela variação do tempo. A unidade de medida da potência é o watt (W).
As aplicações da potência mecânica são diversas, sendo comumente utilizada em máquinas e equipamentos que realizam trabalho. Um exemplo de aplicação da potência mecânica é um motor de carro, que converte a energia química do combustível em energia mecânica para movimentar o veículo.
Alguns exemplos de potência mecânica incluem um guindaste levantando um objeto pesado, uma bicicleta sendo pedalada e um ventilador em funcionamento.
Exemplo de potência e sua definição em contexto prático.
A potência mecânica é uma grandeza física que mede a taxa na qual o trabalho é realizado ou a energia é transferida em um determinado intervalo de tempo. Em termos simples, a potência mecânica representa a rapidez com que o trabalho é realizado. Ela é calculada pela fórmula: P = W/t, onde P é a potência, W é o trabalho realizado e t é o tempo.
Um exemplo prático de potência mecânica pode ser observado em um carro. Quando o motor do carro está em funcionamento, ele está realizando um trabalho para mover o veículo. A potência do motor é medida pela rapidez com que ele é capaz de realizar esse trabalho. Quanto maior a potência do motor, mais rápido o carro será capaz de acelerar e atingir determinadas velocidades.
Além disso, a potência mecânica também é amplamente utilizada em diversas outras aplicações, como em máquinas industriais, equipamentos esportivos, motores elétricos, entre outros. Em todos esses casos, a potência é essencial para determinar a eficiência e o desempenho do equipamento em questão.
Ela representa a rapidez com que o trabalho é realizado e é essencial para o funcionamento adequado de muitos equipamentos e dispositivos.
Entenda o conceito de potência elétrica e conheça exemplos práticos de sua aplicação.
A potência elétrica é a taxa na qual a energia é transferida por um circuito elétrico. Ela é medida em watts (W) e representa a quantidade de trabalho realizado por uma corrente elétrica em determinado tempo. Em outras palavras, a potência elétrica é a quantidade de energia elétrica consumida ou produzida por um dispositivo em um determinado período de tempo.
Um exemplo prático de aplicação da potência elétrica é o funcionamento de um chuveiro elétrico. Ao ligar o chuveiro, a corrente elétrica passa por uma resistência, que converte a energia elétrica em energia térmica, aquecendo a água. Quanto maior a potência do chuveiro, mais energia elétrica é convertida em calor e mais quente será a água.
Outro exemplo comum de aplicação da potência elétrica é o uso de lâmpadas em residências. Quanto maior a potência da lâmpada, mais intensa será a iluminação produzida. Por exemplo, uma lâmpada de 100W é mais brilhante do que uma lâmpada de 60W.
Ao conhecer a potência dos dispositivos elétricos, é possível calcular o custo de energia, dimensionar a instalação elétrica e garantir o bom funcionamento dos equipamentos.
Potência mecânica: o que é, aplicações, exemplos
A potência mecânica é a taxa na qual o trabalho é realizado, expresso em forma matemática pela quantidade de trabalho realizado por unidade de tempo. E como o trabalho é realizado à custa da energia absorvida, também pode ser considerado como energia por unidade de tempo.
Chamando P de potência, W de trabalho, E de energia et de tempo, tudo isso pode ser resumido em expressões matemáticas fáceis de usar:
O bem:
Foi nomeado em homenagem ao engenheiro escocês James Watt (1736-1819), conhecido por ter criado o motor a vapor com condensador, uma invenção que começou a Revolução Industrial .
Outras unidades de potência usadas nas indústrias são o hp ( potência ou potência) e o CV (cavalo a vapor). A origem dessas unidades também remonta a James Watt e à Revolução Industrial, quando o padrão de medição era o ritmo com o qual um cavalo estava trabalhando.
Tanto o hp quanto o CV são aproximadamente equivalentes a ¾ de quilo-W, ainda sendo muito utilizados, especialmente em engenharia mecânica, por exemplo, na designação de motores.
Os múltiplos de watt, como o mencionado quilo-W = 1000 W, também são frequentemente usados em energia elétrica. É porque o joule é uma unidade de energia relativamente pequena. O sistema britânico usa libra-pé / segundo.
O que é e aplicações na indústria e energia
O conceito de poder é aplicável a todos os tipos de energia, sejam eles mecânicos, elétricos, químicos, eólicos, sônicos ou de qualquer tipo. O tempo é muito importante na indústria, porque os processos devem ser executados o mais rápido possível.
Qualquer mecanismo fará o trabalho necessário para ter tempo suficiente, mas o importante é fazê-lo no menor tempo possível, para aumentar a eficiência.
Uma aplicação muito simples é descrita imediatamente para esclarecer a distinção entre trabalho e poder.
Suponha que um objeto pesado seja puxado por uma corda. Para fazer isso, é necessário algum agente externo para fazer o trabalho necessário. Digamos que esse agente transfira 90 J de energia para o sistema de cadeia de objetos, para que seja acionado por 10 segundos.
Nesse caso, a taxa de transferência de energia é de 90 J / 10 ou 9 J / s. Então podemos dizer que esse agente, uma pessoa ou um motor, tem uma potência de saída de 9 W.
Se outro agente externo é capaz de obter o mesmo deslocamento, em menos tempo ou transferindo menos energia, é capaz de desenvolver maior potência.
Outro exemplo: suponha uma transferência de energia de 90 J, que consegue colocar o sistema em movimento por 4 segundos. A potência de saída será 22,5 W.
Desempenho da máquina
O poder está muito relacionado ao desempenho. A energia fornecida a uma máquina nunca é completamente transformada em trabalho útil. Uma parte importante geralmente se dissipa no calor, o que depende de muitos fatores, por exemplo, o design da máquina.
Por isso, é importante conhecer o desempenho das máquinas, que é definido como a razão entre o trabalho entregue e a energia fornecida:
η = trabalho entregue pela máquina / energia fornecida
Onde a letra grega η denota desempenho, uma quantidade adimensional sempre menor que 1. Se também é multiplicada por 100, o rendimento é dado em termos percentuais.
Exemplos
– Humanos e animais desenvolvem potência durante a locomoção. Por exemplo, ao subir escadas, é necessário trabalhar contra a gravidade. Comparando duas pessoas subindo uma escada, a pessoa que sobe todos os degraus primeiro, terá desenvolvido mais força que a outra, mas ambas fizeram o mesmo trabalho.
– Aparelhos e máquinas têm potência de saída especificada. Uma lâmpada incandescente apropriada para iluminar um poço da sala tem uma potência de 100 W. Isso significa que a lâmpada transforma energia elétrica em luz e calor (a maioria) a uma taxa de 100 J / s.
– O motor de um cortador de grama pode consumir cerca de 250 W e o de um carro é da ordem de 70 kW.
– Uma bomba de água caseira geralmente fornece 0,5 hp.
– O sol gera 3,6 x 10 26 W de potência.
Potência e velocidade
A potência instantânea é obtida levando-se um tempo infinitesimal: P = dW / dt . A força que produz o trabalho que causa o pequeno deslocamento infinitesimal d x é F (ambos são vetores), portanto dW = F ● d x . Substituindo tudo na expressão por poder, resta:
Poder humano
As pessoas são capazes de gerar potências de cerca de 1500 W ou 2 cavalos de potência, pelo menos por um curto período de tempo, como levantar pesos.
Em média, a potência diária (8 horas) é de 0,1 hp por pessoa. Muito do que se traduz em calor, aproximadamente a mesma quantidade que gera uma lâmpada incandescente de 75 W.
Um atleta em treinamento pode gerar, em média, 0,5 hp equivalente a aproximadamente 350 J / s, transformando energia química (glicose e gordura) em energia mecânica.
Quando se trata de potência humana, geralmente é preferido medir em quilo-calorias / hora, em vez de watts. A equivalência necessária é:
1 quilocaloria = 1 caloria nutricional = 4186 J
Uma potência de 0,5 hp soa como uma quantidade muito pequena e é para muitas aplicações.
No entanto, em 1979, foi criada uma bicicleta de propulsão humana que podia voar. Paul MacCready projetou o Gossamer Albatross , que atravessou o Canal da Mancha gerando 190 W de produção média (figura 1).
Distribuição de energia elétrica
Uma aplicação importante é a distribuição de energia elétrica entre os usuários. As empresas que fornecem eletricidade faturam a energia consumida, não a taxa na qual é consumida. É por isso que quem lê sua conta com cuidado encontra uma unidade muito específica: o quilowatt-hora ou kW-h.
No entanto, quando o nome de Watt está incluído nesta unidade, refere-se a energia e não a energia.
O quilowatt-hora é usado para indicar o consumo de energia elétrica, uma vez que o joule, como mencionado anteriormente, é uma unidade bastante pequena: 1 watt-hora ou Wh é o trabalho realizado em 1 hora por uma potência de 1 watt.
Portanto, 1 kW-h é o trabalho realizado em uma hora, trabalhando com uma potência de 1kW ou 1000 W. Vamos colocar os números para passar essas quantidades para joules:
1 Wh = 1 L x 3600 s = 3600 J
1 kW-h = 1000 W x 3600 s = 3,6 x 10 6 J
Estima-se que cerca de 200 kWh por mês possam ser consumidos em uma casa.
Exercícios
Exercício 1
Um agricultor usa um trator para puxar um fardo de feno de M = 150 kg em um plano inclinado de 15 ° e levá-lo ao celeiro, a uma velocidade constante de 5,0 km / h. O coeficiente de atrito cinético entre o fardo de feno e a rampa é de 0,45. Encontre a potência do trator.
Solução
Para esse problema, é necessário desenhar um diagrama de corpo livre para o fardo de feno que se eleva no plano inclinado. Seja F a força aplicada pelo trator para elevar a carga, α = 15º é o ângulo de inclinação.
Está também envolvido cinética força de fricção f atrito que se opõe ao movimento, mais normal N e o peso W (não para confundir com o peso W do trabalho).
A segunda lei de Newton oferece as seguintes equações:
∑ Fx = F –W x –f esfregando = 0 (uma vez que o fardo sobe a velocidade constante)
∑Fy = N – W y = 0 (não há movimento ao longo do eixo x)
A força de atrito cinético é calculada por:
f esfr = coeficiente de atrito cinético x magnitude do normal
f esfregar = 0,45. Wy = 0,45 x 150 kg x9,8 m / s2 x cos 15º = 639 N
F = W x + f esfregar = Mg sin α = 150 kg. 9,8 m / s 2 . sen 15 º + 639 N = 1019,42 N
Velocidade e força têm a mesma direção e significado, portanto:
P = F ● v = F. v
É necessário transformar as unidades de velocidade:
v = 5,0 km / h = 1,39 m / s
Substituindo valores, você finalmente obtém:
P = 1019,42 N x 1,39 m / s = 1417 W = 1,4 kW
Exercício 2
O motor mostrado na figura aumentará o bloco de 2 kg, partindo do repouso, com uma aceleração de 2 m / s 2 e em 2 segundos.
Calcular:
a) A altura alcançada pelo bloco naquele momento.
b) A potência que o motor deve desenvolver para alcançá-lo.
Solução
a) É um movimento retilíneo uniformemente variado; portanto, serão utilizadas as equações correspondentes, com velocidade inicial 0. A altura alcançada é dada por:
y = ½ a 2 = ½. 2 m / s 2 . (2 s) 2 = 4 m.
b) Para encontrar a potência desenvolvida pelo motor, a equação pode ser usada:
P = Δ W / Δ t
E como a força exercida no bloco é causada pela tensão na corda, que é constante em magnitude:
P = (ma) .y / Δt = 2 kg x 2 m / s 2 x 4 m / 2 s = 8 W
Referências
- Figueroa, D. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 2. Dinâmico. Editado por Douglas Figueroa (USB).
- Knight, R. 2017. Física para cientistas e engenharia: uma abordagem estratégica. Pearson
- Libretexts de Física. Poder. Recuperado em: phys.libretexts.org
- O livro de hipertexto da física. Poder. Recuperado de: physics.info.
- Trabalho, energia e poder. Recuperado de: ncert.nic.in