24 de outubro de 2012

A pesquisa de hoje é Força Constante - Física

Ionete Lima - Tatiane Vilar

Fonte: SILVA, Domiciano Correa Marques Da. Força Constante. Física. Disponível em: <http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/trabalho-forca-constante.htm>. Acesso em: 23 out. 2012.



Força Constante



Bloco se movendo após ser aplicada uma força sobre ele
Vejamos a figura acima, nela vamos considerar que uma força constante de intensidade  atue no bloco, que consideraremos como sendo um ponto material, fazendo com que ele sofra um deslocamento d.
Ainda com base na figura acima, podemos determinar o trabalho realizado pela força (τ) no decorrer do deslocamento fazendo o produto da força aplicada no ponto material pelo deslocamento sofrido pelo ponto material e pelo cosseno do ângulo que se forma entre as orientações do vetor força e deslocamento. A equação que nos permite calcular o trabalho realizado é a seguinte:
τ= F.d .cosθ
Um estudo da equação que define o trabalho permite escrever o seguinte:
- se 0° ≤ θ<90°, o trabalho realizado pela força é positivo, e é realizado pela força cuja componente Fx atua no sentido do deslocamento, ou seja, a força está favorecendo o deslocamento no qual está atuando.
Gráfico do trabalho positivo
- se 90°< θ≤180°, o trabalho realizado é negativo, e é realizado pela força cuja componente Fx atua no sentido oposto ao do deslocamento, ou seja, a força está dificultando o deslocamento do ponto material no qual está agindo.
Gráfico do trabalho negativo
- se o deslocamento  e a força  possuem direções perpendiculares entre si, nesse caso o trabalho é nulo, isto é, não há componente Fx na direção do deslocamento sofrido pelo bloco, então a força não influencia no deslocamento do ponto material, portanto não há a realização de trabalho.
Gráfico do trabalho nulo
Unidades do trabalho no SI – o joule (J)
Se a força de módulo F = 1 N é exercida na mesma direção e sentido do deslocamento de módulo d = 1m, sendo o ângulo θ = 0°, cos 0° = 1, então o trabalho realizado por essa força é:
τ= 1N.1m .1
τ= 1 N.m
Lembrando que o produto N.m é chamado de joule (J) em homenagem a James Prescott Joule.

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Igor Rafael

Fonte:EUCLYDES2009. Trabalho de uma força constante. Física. Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/23531170/Trabalho-de-uma-Forca-Constante>. Acesso em: 23 out. 2012.


Trabalho de uma força constante

Vamos imaginar um bloco com velocidade inicial v0 apoiado num plano horizontal sem atrito, conforme mostra a figura e que receba a ação de uma força F, constante, que o faz movimentar-se por uma distância d. Ao final da distância d o bloco terá adquirido uma velocidade v que já sabemos calcular empregando a segunda Lei de Newton para encontrar a aceleração e aplicando-a na equação de Torricelli. Denominamos Trabalho da Força à energia que foi agregada ao bloco uma grandeza. Note-se que o trabalho é dado pela componente da força que atua na direção do movimento. A componente vertical apenas alivia a pressão sobre o plano e não interfere no movimento. Como força é grandeza vetorial o trabalho também É. A energia cinética do bloco,grandeza escalar, portanto sofreu uma variação. Essa variação em módulo corresponde ao trabalho da força.
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Helen de Oliveira
Fonte:SILVA, Marco Aurélio da. Energia e Trabalho de uma força. Equipe Brasil Escola. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/fisica/trabalho.htm>. Acesso em: 23 out. 2012.

Força Constante

Não existe uma definição do que é energia, mas sabemos que a sua existência possibilita a execução de trabalho. A energia armazenada nos alimentos, por exemplo, faz com que os órgãos do corpo de uma pessoa funcionem corretamente. Os combustíveis fazem com que os veículos automotores se locomovam. Da mesma forma, a energia elétrica produzida pela bateria faz com que os elétrons dos fios condutores de energia se locomovam.

Ao falar de energia é de extrema importância ressaltar o Princípio de Conservação da Energia. Princípio este que, segundo Lavoisier, diz: “Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”.

De forma a exemplificar conversões de energia de um modo geral, consideremos uma mola relaxada (figura 1), ou seja, uma mola que não está esticada. Veja:
Para comprimir a mola é necessário um gasto de energia. Assim, aplica-se uma força em uma de suas extremidades, de forma que a mesma se contraia. Dizemos que ao se aplicar a força sobre a mola há a realização de um trabalho. Este trabalho corresponde à energia transferida da pessoa para a mola. A figura 2 representa a mola já comprimida e com uma trava no carrinho, impedindo que o mesmo se liberte.

A mola comprimida armazena energia. Essa energia, porém, só pode ser manifestada ao se retirar a trava do carrinho. A energia armazenada na mola é denominada de Energia Potencial Elástica. Potencial porque pode se manifestar e elástica porque está em um corpo elástico deformado.

Agora, observando a figura 3, percebemos que o carrinho se libertou. Ao ser retirada a trava, a energia potencial que estava armazenada na mola se manifestou, fazendo com que o carrinho adquirisse movimento. Novamente temos a realização de trabalho. Agora esse trabalho corresponde à energia transferida da mola para o carrinho. A energia que o carrinho adquiriu é denominada de Energia Cinética.

Energia Cinética: é a energia que está relacionada ao movimento dos corpos.

Energia Potencial (gravitacional, elástica, elétrica, etc.): é a energia que um corpo possui em relação à posição particular que ele ocupa.

Na ausência de atrito, a energia mecânica total de um sistema se conserva, havendo apenas a transformação de energia potencial em energia cinética e vice-versa. Veja:

Emec= E+ Ep

É de grande importância deixar bem claro que o trabalho e as formas de energia são grandezas escalares.

Trabalho de uma força

Trabalho é a medida da energia que é transferida para um corpo, em razão da aplicação de uma força ao longo de um deslocamento. Em Física, trabalho é normalmente representado por W(que vem do inglês work) ou mais usadamente a letra grega tau .

Para calcular o trabalho de uma força é importante ressaltar que ele pode ser:

Trabalho de uma força constante e paralela ao deslocamento: é calculado quando se tem a força sendo aplicada no mesmo sentido do deslocamento. Pode ser calculado da seguinte forma:
Como o ângulo entre a força e o deslocamente é zero faz com que o cosseno deste ângulo seja igual a 1, tornando a expressão equivalente à:
Onde D é o deslocamento sofrido pelo corpo.

Trabalho de uma força constante e não paralela ao deslocamento:

Quando temos a aplicação da força constante e não paralela, como no esquema acima, calculamos o trabalho da seguinte forma:
 
Onde ? é o ângulo formado entre a força e o deslocamento sofrido pelo corpo.
No SI (Sistema Internacional de Unidades) o trabalho é dado em joule, que é representado pela letra (J) e a força é dada em newton (N). Essa unidade é uma homenagem ao físico britânico James Prescott Joule. No sistema CGS, a unidade de trabalho é o erg= dina x centímetro.

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