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!
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.
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.
Para o calcular o trabalho de uma força devemos utilizar a fórmula T = F x d, em que:
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:
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.
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:
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.
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:
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).
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.
Letra “A”. Neste caso, temos a equivalência da energia cinética com a energia potencial elástica Ep, dada por kx²/2, logo:
Ep = Ec
(Kx2 )/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.
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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