Trabalho e energia: o que é, exercícios e mais!

Separamos neste post tudo sobre energia e trabalho, explicando os conceitos, as principais fórmulas, suas aplicações na Física e de que maneira essa matéria pode cair no Enem!

Trabalho e energia: o que é, exercícios e mais!

Seja envolvendo os conceitos de Mecânica clássica, seja na matéria de Elétrica, trabalho e energia são dois temas essenciais para quem deseja fazer uma boa prova de Física no Enem. Mesmo sendo um conteúdo muito discutido em sala de aula e nos livros didáticos, tanto o trabalho quanto a energia geram situações e problemas físicos os quais levam muitos alunos a confundirem fórmulas, aplicações e conceitos.

Por esse motivo, preparamos um post que traz tudo sobre energia e trabalho, explicando os conceitos, as principais fórmulas, suas aplicações na Física e de que maneira essa matéria pode cair no Enem. Bons estudos!

O que é trabalho?

Na Física, a palavra trabalho está associada à aplicação de uma força sobre um determinado corpo, o qual inicia seu deslocamento (movimento relativo) após essa aplicação. Em outras palavras, ao ler sobre trabalho, você automaticamente precisa lembrar de dois fatores: força e deslocamento.

Trabalho de uma força

Como já explicamos acima, a expressão trabalho de uma força nada mais é do que o trabalho que uma força aplicada em um objeto é capaz de realizar. Sendo assim, uma vez que uma força em newtons é sobreposta a um objeto de massa “m”, o qual realiza um deslocamento de “x” metros, podemos calcular esse trabalho realizado, como destacaremos logo a seguir.

Fórmula do trabalho

Para o calcular o trabalho de uma força devemos utilizar a fórmula T = F x d, em que:

  • T – trabalho dado em joules;
  • F – força dada em newtons;
  • d – deslocamento do corpo dado em metros.

Vale lembrar que essa fórmula só é possível de ser aplicada quando a direção de aplicação da força é paralela com o deslocamento do corpo.

Já para os casos em que a força de aplicação não está paralela com a direção do deslocamento do corpo, precisamos utilizar a fórmula T = F x d x cosθ, em que:

  • T – trabalho dado em joules;
  • F – força dada em newtons;
  • d – deslocamento do corpo dado em metros;
  • θ – ângulo entre o eixo de aplicação da força e o eixo de deslocamento do objeto.

Energia

A palavra energia, na Física, poder ser representada pela capacidade de produzir trabalho, ou seja, é um parâmetro que também é dado em joules. Desse modo, há várias formas de energia no meio físico, sendo a energia cinética e a energia potencial gravitacional dois conceitos extremamente importantes para quem prestará o vestibular.

Energia cinética

Este parâmetro de energia está diretamente relacionado com a velocidade. Em outras palavras, uma partícula só terá energia cinética uma vez que ela está em movimento, adquirindo assim uma certa velocidade.

Para calcular a energia cinética de um corpo, devemos aplicar a fórmula Ec = mv²/2, em que:

  • Ec – energia cinética dada em joules;
  • m – massa do corpo dada em kg;
  • v – velocidade do corpo dada em m/s.

É muito importante ressaltarmos que não importa o valor numérico da velocidade da partícula, isto é, a partícula pode se encontrar a 0,0001 m/s de deslocamento e ainda sim ela terá uma energia cinética vinculada a seu movimento.

pendulo de newtons

Energia potencial gravitacional

Já a energia potencial gravitacional não tem ligação direta com a velocidade de deslocamento, mas sim com a altura do objeto em relação ao solo terrestre. Nesse contexto, uma bola que está no chão (a 0 metros do solo, já que ela está em contato direto) não tem nenhuma energia potencial gravitacional.

Por outro lado, se essa mesma bola agora estiver a uma altura de 10 m do solo, agora ela apresentará uma energia potencial gravitacional, podendo ser calculada pela fórmula Ep = mgh, em que:

  • Ep – energia potencial gravitacional em joules;
  • m – massa do objeto em kg;
  • g – gravidade dada em m/s²;
  • h – altura do objeto em relação ao solo terrestre.

Não confunda!

Muitos alunos acham que, se um corpo tem energia cinética, ele não pode apresentar simultaneamente uma energia potencial. Esse pensamento está errado.

Por isso, é perfeitamente normal um objeto adquirir energia cinética e energia potencial ao mesmo tempo, basta você imaginar uma bola que é arremessada do 5º andar de um prédio. Ao mesmo tempo em que ela cai (logo, tem velocidade e assim tem energia cinética), ela também está a uma determinada altura do solo (adquirindo assim uma energia potencial gravitacional).

Exercícios sobre trabalho e energia

Agora que você já sabe o que é energia e trabalho, bem como as fórmulas que precisam ser aplicadas para os cálculos, é hora de praticar exercícios para melhorar a fixação da matéria. Desse modo, você garante que o conteúdo abordado acima seja assimilado com mais facilidade e ainda aprende uma matéria que constantemente é cobrada no Enem.

Confira agora dois exemplos de exercícios que exigem do aluno conceitos de trabalho e energia:

1. Em uma estação ferroviária, existe uma mola destinada a parar sem dano o movimento de locomotivas. Admitindo-se que a locomotiva a ser parada tem velocidade de 7,2 km/h, massa de 7.104 kg, e a mola sofre uma deformação de 1 m, qual deve ser a constante elástica da mola?

a) 28.104 N/m.

b) 362.104 N/m.

c) 28.104 J.

d) 362.104  W.

e) 362.104 J.

Solução

Letra “A”. Neste caso, temos a equivalência da energia cinética com a energia potencial elástica Ep, dada por kx²/2, logo:

E= Ec

(Kx)/2 = (m.v2)/2

K = m.v2/x2

K = 7.104. 22

K = 28 . 104N/m.

2. Considere uma bola de tênis arremessada do alto do teto de uma casa que mede 3 metros. Sabendo que essa bola tem massa de 0,20 kg, e, em 2 segundos após sair da mão do arremessador ela alcançou uma velocidade de 25 m/s, calcule:

a) a energia cinética da bola após 2 segundos de seu lançamento;

b) a energia potencial gravitacional da bola imediatamente antes de ser lançada.

Solução

a) Para achar a Ec, basta aplicarmos a fórmula, portanto:

Ec = mv²/2

Ec = /2

Ec = 62,5 J.

b) Já no cálculo da Ep, devemos utilizar Ep = mgh. Veja abaixo:

Ep = mgh

Ep = 0,20 x 10 x 3

Ep = 6,0 J.

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