Física 1: Trabalho e Energia Cinética (Módulo7)

Energia cinética (Ec ou K, do ingês kinetic) é a energia de movimento. 

Energia potencial (Ep ou U) pode ser gravitacional ou elástica. 

A energia potencial gravitacional (Epg) é a energia que um corpo tem devido à gravidade, quanto mais alto ele está, maior é a energia potencial gravitacional. 

A energia potencial elástica (Epela) é a energia de um corpo elástico ao ser comprimido (ao apertar uma mola, por exemplo) ou esticado (puxar a mola, por exemplo).

Trabalho (W, do inglês work) é a energia perdida ou gasta ou utilizada por um sistema ao se transformar um tipo de energia em outro. 

Energia mecânica é a soma de todas as energias: cinética, potencial e do trabalho. A soma de todas as energias será igual a zero em sistemas conservativos (que não perdem energia), isso ocorre quando não há atrito nem resistência do ar.

Forças que podem ser não conservativas (que dissipam energia, ou seja que fazem o sistema perder energia) são o atrito, a resistência do ar, a tração e a normal.

Trabalho e energia cinética: Módulo 7 – moodle UnB

1. Uma pessoa quer acender um fósforo e o posiciona a 60° do plano da lixa. Com uma aceleração de 7,5m/s² ele desloca um fósforo de 7,0g por 1,5cm até que este acenda. DETERMINE, em joules, o trabalho realizado para acender esse fósforo? (multiplique o resultado por 10⁵) A resposta correta é: 78,8.

Dica: lembre-se que a força que faz o fósforo acender é paralela ao deslocamento, então o ângulo é zero, e cosseno de zero é um. A pessoa não puxa nem empurra o fósforo, por isso a força não é na diagonal, ela desliza o fósforo na superfície.

2. Uma bola de 0,2 kg é arremessada  verticalmente de baixo para cima, partindo do repouso na posição vertical y1 = - 1,4 m e, descolando do lançador na posição vertical y2 = 0, com velocidade inicial de módulo 31,9 m/s. Supondo a resistência do ar desprezível, e considerando o módulo da aceleração da gravidade igual a 9,8 m/s, DETERMINE, em N, o módulo da força que o lançador exerce sobre a bola, desde o início do movimento até o ponto em que ela descola do lançador. A resposta correta é: 74,65.

3. Uma atleta de 64 kg sobe, pelas escadas de um edifício, a uma altura de 171 m (aproximadamente 57 andares) em 9 minutos. Qual é a potência média, em watts, produzida por ela neste treino? Dado: g=9.8m/s2g=9.8m/s². A resposta correta é: 199.

Dica: Lembre-se que o trabalho está associado à força peso. A potência é igual a trabalho dividido pelo tempo. Mas como trabalho é igual a força vezes aceleração e a aceleração é igual à velocidade dividida pelo tempo... no final das contas a potência é a força vezes a velocidade.

4. Uma empilhadeira elétrica transporta do chão até uma prateleira, a uma altura hp = 5,6m do chão, um pacote de 101,2kg. O gráfico ilustra a potência instantânea aplicada ao pacote pela empilhadeira durante a subida. Sabendo-se que o valor máximo da potência aplicada Pmax foi de 274,5W, determine o intervalo de tempo, em segundos, que levou para içar o pacote do chão até a prateleira. (Utilize g = 9,8 m/s²) A resposta correta é: 40,47.

Dica: hp é altura da prateleira. Potência é igual ao trabalho dividido pelo tempo, mas trabalho é força vezes distância, e força é igual a massa vezes aceleração, que no caso esta força é o peso, então será massa vezes gravidade. Então, a potência é igual a massa vezes a gravidade vezes a distância percorrida, tudo isso dividido pelo tempo.

Veja que o gráfico é da potência dividida pelo tempo. E a potência máxima ocorre em metade do tempo, então você terá que multiplicar o resultado por dois.

5. Em um bate estaca, um martelo de aço de 12,2 Kg é elevado a uma altura de 7,5 m acima do topo de uma viga I vertical que deve ser cravada no solo. A seguir, o martelo é solto, enterrando mais 0,46 m a viga I. Os trilhos verticais que guiam a cabeça do martelo exercem sobre ele uma força de atrito constante igual a 3,5 N. Use o teorema trabalho energia cinética para achar a velocidade com que o martelo atinge a estaca. Em seguida, utilize novamente o teorema do trabalho energia cinética para determinar a força média, em newtons, exercida pela cabeça do martelo sobre a mesma viga. Despreze os efeitos do ar. A resposta correta é: 2008,34.

Dica: Use primeiro o trabalho igual a força vezes a distância, sendo a força o peso menos a força de atrito e a distância a altura maior de 7,5m. Depois descubra a normal que será igual a peso menos a força de atrito mais a força que é feita no martelo, mas esta segunda distância será a menor, que o martelo é enterrado na terra (0,46)

6. Em um bate estaca, um martelo de aço de 11,4Kg é elevado a uma altura de 5,2 m acima do topo de uma viga I vertical que deve ser cravada no solo. A seguir, o martelo é solto, enterrando mais 0,31m a viga I. Os trilhos verticais que guiam a cabeça do martelo exercem sobre ele uma força de atrito constante igual a 4,2N. Use o teorema trabalho energia para achar a velocidade da cabeça do martelo no momento em que atinge a viga I. A resposta correta é: 9,90.

Atenção, o exercício dos rebocadores, eles puxam a um ângulo ao norte do oeste, entretanto, o deslocamento é para o norte. Então, O ângulo entre o deslocamento e a força realizada é 90º menos o ângulo que é puxado... aí basta usar trabalho é igual a força vezes distância. Ao final deve-se multiplicar o trabalho por dois, pois são dois rebocadores.