O trabalho mecânico é uma forma de energia transferida devido à aplicação de uma força em um objeto que se desloca por uma distância específica. Para que o trabalho mecânico seja realizado, é necessário que a força aplicada tenha uma direção definida em relação ao deslocamento do objeto. Condições como a força aplicada e o deslocamento do objeto são essenciais para o cálculo do trabalho mecânico, que é dado pela fórmula W = F * d * cos(θ), onde F é a força aplicada, d é o deslocamento e θ é o ângulo entre a força e o deslocamento.
Alguns exemplos de trabalho mecânico incluem levantar um objeto do chão, empurrar um carro e puxar um peso com uma corda. Para entender melhor como o trabalho mecânico funciona, é possível realizar diversos exercícios práticos que envolvem a aplicação de força e o deslocamento de objetos em diferentes situações. Esses exercícios ajudam a compreender a relação entre a força aplicada, o deslocamento do objeto e o trabalho mecânico realizado.
Exemplos de trabalho mecânico e sua aplicação em diferentes situações práticas.
O trabalho mecânico é a forma como a energia é transferida de um sistema para outro através da aplicação de uma força em um determinado deslocamento. Para calcular o trabalho mecânico, basta multiplicar a força aplicada pelo deslocamento da direção da força. O trabalho é uma grandeza escalar e sua unidade no Sistema Internacional é o joule (J).
Existem diversos exemplos de trabalho mecânico e sua aplicação em diferentes situações práticas. Um exemplo simples é o levantamento de um objeto do chão. Quando levantamos um objeto, estamos aplicando uma força contrária à força gravitacional e realizando um trabalho mecânico, transferindo energia para o objeto. Outro exemplo é o trabalho realizado por um motor ao mover um veículo, onde a força do motor é aplicada ao deslocar o veículo.
Em situações práticas, o trabalho mecânico está presente em diversas atividades do nosso cotidiano. Por exemplo, ao empurrar um carrinho de supermercado, ao pedalar uma bicicleta, ao levantar pesos na academia, entre outros. Todas essas atividades envolvem a transferência de energia através da aplicação de uma força em um deslocamento.
Para calcular o trabalho mecânico em cada uma dessas situações, basta utilizar a fórmula: trabalho (W) = força (F) x deslocamento (d) x cos(θ), onde θ é o ângulo entre a força aplicada e o deslocamento. É importante ressaltar que o trabalho é positivo quando a força e o deslocamento estão na mesma direção, negativo quando estão em direções opostas e nulo quando a força é perpendicular ao deslocamento.
É importante compreender como calcular o trabalho em diferentes contextos para entender melhor como a energia é transferida de um sistema para outro através da aplicação de uma força em um deslocamento.
Condições para a realização de trabalho mecânico por uma força.
Para que um trabalho mecânico seja realizado por uma força, é necessário que algumas condições sejam atendidas. A primeira condição é que a força aplicada deve ter uma direção e um sentido bem definidos. Isso significa que a força deve agir em uma determinada direção e não pode ser aplicada de forma aleatória.
Outra condição importante é que a força deve ter uma intensidade mínima para realizar o trabalho desejado. Se a força aplicada for muito fraca, o trabalho mecânico não será efetuado de forma eficaz.
Além disso, é fundamental que a força seja aplicada ao longo de um deslocamento. Ou seja, a força deve atuar sobre um objeto e provocar um movimento do mesmo, resultando assim em um trabalho mecânico.
Por fim, a superfície de contato entre a força aplicada e o objeto deve ser suficiente para que haja transmissão da força e realização do trabalho. Se a superfície de contato for muito pequena, a força pode não ser efetiva para realizar o trabalho mecânico.
Entendendo o conceito de trabalho por meio de exemplos práticos e ilustrativos.
Trabalho mecânico é uma forma de energia que é transferida para um objeto quando uma força atua sobre ele e o faz se mover em uma certa distância. Para entender melhor esse conceito, vamos analisar alguns exemplos práticos.
Imagine que você está empurrando um carrinho de mão cheio de tijolos por uma certa distância. Nesse caso, você está aplicando uma força sobre o carrinho, que se move devido a essa força. O trabalho mecânico realizado por você é calculado pela fórmula W = F * d, onde W é o trabalho, F é a força aplicada e d é a distância percorrida.
Outro exemplo é o de levantar um objeto do chão até uma prateleira. Nesse caso, você está aplicando uma força para vencer a gravidade e elevar o objeto. O trabalho mecânico realizado é calculado da mesma forma, multiplicando a força aplicada pela distância percorrida na vertical.
Para praticar o cálculo de trabalho mecânico, você pode realizar alguns exercícios simples. Por exemplo, calcular o trabalho realizado ao empurrar um móvel de 50 kg por 3 metros, aplicando uma força de 100 N. Basta utilizar a fórmula W = F * d e substituir os valores para encontrar o resultado.
Entender esse conceito é essencial para compreender diversos fenômenos da física e aplicá-los em situações do dia a dia.
Dicas para encontrar oportunidades de emprego na área de física de forma eficaz.
Procurar oportunidades de emprego na área de física pode ser um desafio, mas com as dicas certas, você pode aumentar suas chances de sucesso. Aqui estão algumas dicas para encontrar oportunidades de emprego de forma eficaz:
1. Pesquise em diferentes fontes: Não se limite a apenas um site de empregos. Explore diferentes plataformas online, redes sociais e até mesmo entre em contato diretamente com empresas que possam ter oportunidades na área de física.
2. Mantenha-se atualizado: A área de física está sempre em evolução, por isso é importante estar atualizado com as últimas tendências e avanços. Isso mostrará aos empregadores que você é um candidato comprometido e interessado na área.
3. Networking: Participe de eventos, conferências e workshops relacionados à física. Conhecer pessoas da área pode abrir portas para oportunidades de emprego que você nem imaginava.
4. Adapte seu currículo e carta de apresentação: Certifique-se de destacar suas habilidades e experiências relevantes para a área de física. Personalize seu currículo e carta de apresentação para cada vaga que se candidatar.
5. Esteja preparado para entrevistas: Pratique suas habilidades de comunicação e esteja preparado para responder perguntas específicas sobre física. Demonstre seu interesse e conhecimento na área durante a entrevista.
Lembre-se, encontrar oportunidades de emprego na área de física pode levar tempo e esforço, mas com persistência e as dicas certas, você pode alcançar o emprego dos seus sonhos. Boa sorte!
Trabalho mecânico: o que é, condições, exemplos, exercícios
O trabalho mecânico é definido como a mudança no estado de energia de um sistema, causada por forças externas, tais como a gravidade ou atrito. As unidades de trabalho mecânico no Sistema Internacional (SI) são newton x metro ou joules, abreviadas por J.
Matematicamente, é definido como o produto escalar do vetor de força pelo vetor de deslocamento. Se F é a força constante e l é o deslocamento, ambos os vetores, o trabalho W é expresso como: W = F ● l
Quando a força não é constante, devemos analisar o trabalho realizado quando os deslocamentos são muito pequenos ou diferenciais. Nesse caso, se for considerado um ponto de partida para o ponto A e como chegada a B, o trabalho total será obtido adicionando todas as contribuições a ele. Isso é equivalente ao cálculo da seguinte integral:
Variação na energia do sistema = Trabalho realizado por forças externas
ΔE = W ext
Quando a energia é adicionada ao sistema, W> 0 e quando a energia é subtraída W <0. Agora, se ΔE = 0, pode significar que:
-O sistema está isolado e não há forças externas atuando nele.
-Há forças externas, mas elas não estão trabalhando no sistema.
Como a variação de energia é equivalente ao trabalho realizado por forças externas, a unidade de energia SI também é o joule. Isso inclui qualquer tipo de energia: cinética, potencial, térmica, química e muito mais.
Condições para trabalho mecânico
Já vimos que o trabalho é definido como um produto escalar. Vamos pegar a definição de trabalho realizado por uma força constante e aplicar o conceito de produto escalar entre dois vetores:
W = F ● l = θ FLCOS
Onde F é a magnitude da força, l é a magnitude do deslocamento e θ é o ângulo que existe entre a força e o deslocamento. Na Figura 2, há um exemplo de uma força externa inclinada atuando em um bloco (o sistema), que produz um deslocamento horizontal.
Reescrevendo o trabalho da seguinte maneira:
W = (F. cos θ). eu
Podemos afirmar que apenas o componente da força paralelo ao deslocamento: F. cos θ e é capaz de executar o trabalho. Se θ = 90º então cos θ = 0 e o trabalho seria nulo.
Portanto, conclui-se que as forças perpendiculares ao deslocamento não realizam trabalho mecânico.
No caso da figura 2, nem a força normal N nem o peso P funcionam, pois ambos são perpendiculares ao deslocamento l .
Os sinais do trabalho
Como explicado acima, W pode ser positivo ou negativo. Quando cos θ> 0 , o trabalho realizado pela força é positivo, pois possui a mesma direção de movimento.
Se cos θ = 1 , a força e o deslocamento são paralelos e o trabalho é máximo.
No caso de cos θ <1, a força não é a favor do movimento e o trabalho é negativo.
Quando cos θ = -1 , a força é completamente oposta ao deslocamento, como o atrito cinético, cujo efeito é restringir o objeto no qual atua. Então o trabalho é mínimo.
Isso é consistente com o que foi dito no início: se o trabalho é positivo, a energia está sendo adicionada ao sistema e, se for negativa, está sendo subtraída.
Trabalho líquido W net é definido como a soma do trabalho realizado por todas as forças que atuam no sistema:
W líquido = ∑W i
Em seguida, podemos concluir que, para garantir a existência de trabalho mecânico líquido, é necessário que:
-Ative forças externas no objeto.
-Estas forças não são todas perpendiculares ao deslocamento (cos θ ≠ 0).
-Os trabalhos realizados por cada força não se cancelam.
-Há um deslocamento.
Exemplos de trabalho mecânico
Sempre que for necessário colocar um objeto em movimento, é necessário realizar trabalhos mecânicos. Por exemplo, empurrando uma geladeira ou um baú pesado em uma superfície horizontal.
Outro exemplo de uma situação em que é necessário realizar trabalhos mecânicos é alterar a velocidade de uma bola em movimento.
-Você precisa trabalhar para elevar um objeto a uma certa altura acima do chão.
No entanto, existem situações igualmente comuns nas quais nenhum trabalho é realizado, embora as aparências indiquem o contrário. Dissemos que, para elevar um objeto a uma certa altura, precisamos trabalhar, por isso carregamos o objeto, o elevamos acima da cabeça e o mantemos lá. Estamos trabalhando?
Aparentemente, sim, porque se o objeto for pesado, os braços se cansarão logo depois, por mais força que seja feita, nenhum trabalho está sendo feito do ponto de vista da Física. Porque não? Porque o objeto não está se movendo.
Outro caso em que, apesar de ter uma força externa, não realiza trabalho mecânico é quando a partícula tem um movimento circular uniforme.
Por exemplo, uma criança que gira uma pedra amarrada a um barbante. A tensão da corda é a força centrípeta que permite a rotação da pedra. Mas em todo momento essa força é perpendicular ao deslocamento. Então ele não realiza trabalhos mecânicos, apesar de favorecer o movimento.
O teorema da energia cinética de trabalho
A energia cinética do sistema é o que possui em virtude de seu movimento. Se m é a massa e v é a velocidade do movimento, a energia cinética é denotada por K e é dada por:
K = ½ mv 2
Por definição, a energia cinética de um objeto não pode ser negativa, pois a massa e o quadrado da velocidade são sempre quantidades positivas. A energia cinética pode ser 0, quando o objeto está em repouso.
Para alterar a energia cinética de um sistema, sua velocidade deve ser variada – consideraremos que a massa permanece constante, embora nem sempre seja o caso. Isso requer um trabalho líquido no sistema, portanto:
W líquido = Δ K
Este é o teorema da energia cinética de trabalho. Afirma que:
O trabalho líquido é equivalente à mudança na energia cinética do sistema
Observe que, embora K seja sempre positivo, ΔK pode ser positivo ou negativo, pois:
ΔK = K final – K inicial
Se K final > K inicial, o sistema ganhou energia e ΔK> 0. Inversamente, se K final < K inicial , o sistema transferiu energia.
Trabalho realizado para esticar uma mola
Quando uma mola é esticada (ou comprimida), o trabalho precisa ser feito. Esse trabalho é armazenado na primavera, permitindo que ele trabalhe, digamos, em um bloco anexado a uma de suas extremidades.
A lei de Hooke afirma que a força exercida por uma mola é uma força de restituição – é contrária ao deslocamento – e também proporcional a esse deslocamento. A constante de proporcionalidade depende de como a mola é: macia e facilmente deformável ou rígida.
Essa força é dada por:
F r = -kx
Na expressão, F r é a força, k é a constante da mola e x é o deslocamento. O sinal negativo indica que a força exercida pela mola se opõe ao deslocamento.
Se a mola estiver comprimida (à esquerda na figura), o bloco no final se moverá para a direita. E quando a mola é esticada (para a direita), o bloco deseja mover-se para a esquerda.
Para comprimir ou esticar a mola, algum agente externo deve fazer o trabalho e, como é uma força variável, para calcular esse trabalho, a definição dada no início deve ser usada:
É muito importante notar que este é o trabalho realizado pelo agente externo (mão de uma pessoa, por exemplo) para comprimir ou esticar a mola. É por isso que o sinal negativo não aparece. E como as posições são quadradas, não importa se são compressões ou alongamentos.
O trabalho que a primavera fará no bloco é:
W mola = -W ext
Exercícios
Exercício 1
O bloco da Figura 4 possui massa M = 2 kg e desliza ao longo do plano inclinado sem atrito, com α = 36,9 º. Assumindo que é permitido deslizar do resto do plano, cuja altura é h = 3 m, encontre a velocidade com que o bloco atinge a base do plano, usando o teorema da energia cinética de trabalho.
Solução
O diagrama do corpo livre mostra que a única força capaz de trabalhar no bloco é o peso. Mais preciso: o componente de peso ao longo do eixo x.
A distância percorrida pelo bloco no avião é calculada pela trigonometria:
d = 3 / (cos 36,9º) m = 3,75 m
Peso W = (Mg). d. cos (90-α) = 2 x 9,8 x 3,75 x cos 53,1 º J = 44,1 J
Para o teorema cinético da energia de trabalho:
W líquido = Δ K
W líquido = peso W
ΔK = ½ Mv f 2 – ½ Mv ou 2
Como é liberado do repouso, v o = 0 , portanto:
W líquido = ½ Mv f 2
Exercício 2
Uma mola horizontal, cuja constante é k = 750 N / m, é fixada em uma extremidade a uma parede. Uma pessoa comprime a outra extremidade a uma distância de 5 cm. Calcule: a) A força exercida pela pessoa, b) O trabalho que ele fez para comprimir a mola.
Solução
a) A magnitude da força aplicada pela pessoa é:
F = kx = 750 N / m. 5 x 10 -2 m = 37,5 N.
b) Se o final da mola estiver originalmente em x 1 = 0, para levá-la dali para a posição final x 2 = 5 cm, é necessário realizar o seguinte trabalho, de acordo com o resultado obtido na seção anterior:
W ext = ½ k (x 2 2 – x 1 2 ) = 0,5 x 750 x 0,05 ( 2 -0 2 ) J = 0,9375 J.
Referências
- Figueroa, D. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 2. Dinâmico. Editado por Douglas Figueroa (USB).
- Iparraguirre, L. 2009. Mecânica básica. Coleção de Ciências Naturais e Matemática. Distribuição online gratuita.
- Knight, R. 2017. Física para cientistas e engenharia: uma abordagem estratégica. Pearson
- Libretexts de Física. Teorema da energia de trabalho. Recuperado em: phys.libretexts.org
- Trabalho e Energia Recuperado de: physics.bu.edu
- Trabalho, energia e poder. Recuperado de: ncert.nic.in