Trabalho, potência: fórmulas, resumo e exercícios de Física

 

Quando somos alunos, uma forma de avaliação é a realização de um trabalho. A realização deste vai envolver tempo e “gasto” de energia. Conforme as características pessoais do aluno, ele poderá ser feito em um tempo mais rápido ou não. Associando essas ações aos conceitos físicos poderíamos dizer respectivamente trabalho, energia e potência.

É importante notar, por exemplo, que ao carregarmos uma mala bem “pesada”, fazemos um esforço muito grande, despendemos tempo e energia, mas fisicamente não houve a realização de trabalho.

Este módulo explicará o motivo desse fato, bem como os conceitos de trabalho, energia e potência.

 

Estudo do trabalho e da potência

Trabalho

Quando falamos em trabalho, qual a imagem que lhe vem à cabeça? Muito provavelmente a figura de algum tipo de trabalhador: operário, mecânico, motorista, lavrador, costureira, engenheiro, advogado, dentista…

Enfim, alguém executando algum tipo de tarefa, ou ainda a ideia de pesquisa escolar, que em geral, denominamos trabalho.

Na verdade, você está certo se pensou nessas coisas, mas com certeza você não sabia que a palavra trabalho tem origem em um termo latino (tripalium) que designava um instrumento de castigo, e por isso ela originalmente estava relacionada a sofrimento.

À medida que o tempo passou, deixou de ter esse significado e ganhou a conotação de esforçar-se, lutar e, finalmente, trabalhar como entendemos hoje. Portanto, como você imaginou, trabalho é uma tarefa a ser executada.

No entanto, esse é um texto de Física, e o que seria trabalho para essa Ciência?

Para entender o significado dado pela Física à palavra trabalho, precisamos lembrar das forças que já estudamos. Você lembra que uma força tem alguns componentes como direção, sentido e intensidade.

O carro, já meio velhinho, parece não querer ajudar, então algumas pessoas se dispuseram a empurrá-lo.

Para a Física, enquanto o carro não sair do lugar, não haverá trabalho, porém, no momento em que houver deslocamento do corpo (no caso, o carro), podemos dizer que o sistema de forças aplicado a ele está realizando trabalho.

Assim, para a Física,

há trabalho quando uma força provoca o deslocamento do corpo sobre o qual ela atua.

Esse trabalho pode ser positivo, como no exemplo anterior, em que o corpo é deslocado com o sentido de aplicação da força.

Mas o trabalho também pode ser negativo, quando a força aplicada tem sentido contrário ao deslocamento do corpo, dificultando esse movimento.

Se trabalho está relacionado aos efeitos das forças sobre o deslocamento dos corpos, uma relação simples nos permitirá calcular esse trabalho realizado.

Unidade de trabalho

Sabemos que no SI a força é medida em newtons (N), e a distância em metros. A unidade de trabalho então será:

1N . 1m = 1 unidade de trabalho, denominada joule (J).

Ou seja, quando é exercida uma força de 1N sobre um corpo, deslocando-o por 1m, dizemos que foi realizado um trabalho de 1J.

Atenção:

Se não houver deslocamento não há trabalho.

Usando os conceitos de trabalho da Física, enquanto a pessoa da ilustração permanecer parada segurando o caixote, não há a realização de trabalho, ainda que os músculos dela estejam gastando energia e aplicando uma força para sustentar o objeto.

 

Potência

Observe as duas situações ilustradas. Em ambas a moça está subindo a escada e, portanto, realizando trabalho (a força desloca o corpo).

Porém, em A, ela está de mãos vazias e sobe a escada em poucos segundos, em B, ela carrega uma certa quantidade de livros e gasta um tempo bem maior para subir. Portanto, as duas situações são diferentes.

Quando relacionamos o trabalho realizado ao tempo gasto para realizá-lo, dizemos que estamos avaliando a potência desenvolvida.

Para calcular potência, usamos uma relação bem simples:

 

Usando as unidades do SI, temos que a potência é dada em J/s (Joules por segundo). Essa unidade recebe o nome de watt (W).

Então, um trabalho de um joule em um segundo desenvolve uma potência de 1 watt.

Essa unidade de potência é usada nas lâmpadas, para indicar a potência desenvolvida por elas, transformando a energia elétrica em energia térmica e luminosa.

Além do watt, outra unidade de potência muito usada é o HP (horse po-wer) sigla na língua inglesa. Essa unidade foi criada por James Watt (17361819) quando ele testou a potência de um cavalo, comparando-o às máquinas a vapor.

Em suas experiências constatou que um cavalo forte suspendia uma massa de 4566 Kg a uma altura de 1 metro em 1 minuto. Essa potência equivale a 746W. Então, 1HP = 746W.

No sistema métrico, a potência é expressa em cavalo-vapor (CV).

1 CV = 0,98629HP = 735W.

 

Fonte:  REDU