ciências da natureza e suas tecnologias - física ensino médio, 1ª série trabalho de uma força
TRANSCRIPT
![Page 1: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/1.jpg)
Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física
Ensino Médio, 1ª SérieTrabalho de uma força
![Page 2: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/2.jpg)
Trabalho Associamos a palavra trabalho à idéia do trabalho
realizado pelas pessoas. E, principalmente, associamos a palavra trabalho à idéia de emprego e salário. No entanto, em física, a palavra trabalho tem um único significado: expressa a relação de uma força com o deslocamento do corpo sobre o qual essa força atua.
“ O trabalho é a energia transferida PARA ou DO objeto por intermédio de uma força que atua sobre
o mesmo.”
![Page 3: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/3.jpg)
TRABALHO DE UMA FORÇA
Vamos lembrar a definição de Força?
♣ Força: agente físico capaz deformar e/ou acelerar o corpo sobre o qual atua.
F
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 4: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/4.jpg)
TRABALHO DA FORÇA PARALELA AO DESLOCAMENTO
Imagine uma força constante, paralela, e de mesmo sentido que o deslocamento d efetuado por um corpo devido à ação da força que nele atua.
F
d
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 5: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/5.jpg)
O trabalho de uma força é definido como uma grandeza escalar correspondente ao produto da força pelo deslocamento, desde que a força e o deslocamento tenham mesma direção e sentido.
= F.d
Em que:
F é a força.
d é o deslocamento.
é o trabalho.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 6: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/6.jpg)
No S.I.:1- a força F é medida em newtons (N);2- o deslocamento d é medido em metros (m);3- o trabalho é medido em joule (J).
Tipos de Trabalho
1- Trabalho Motor: é quando a força e o deslocamento têm mesma direção e sentido. O trabalho é um número positivo.>0 ------- Trabalho Motor.
F
d
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 7: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/7.jpg)
2- Trabalho Resistente: é quando a força e o deslocamento têm mesma direção e sentidos contrários. O trabalho é um número negativo.<0 ------- Trabalho Resistente.
F
d
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 8: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/8.jpg)
Vamos dar um exemplo?
Um garoto empurra uma cômoda durante um certo intervalo de tempo e consegue deslocá-la por 5m. Sabendo que a força aplicada tem módulo de 20N e foi aplicada na mesma direção e sentido do deslocamento, determine o valor do trabalho realizado pela força.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 9: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/9.jpg)
Vamos resolver?
F
d
F = 20N
d = 5m
= F.d = 20.5 = 100J
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 10: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/10.jpg)
Vamos para outro exemplo?
Um homem tenta deter a descida de um carro em uma rampa e aplica uma força de 100N na mesma direção dessa rampa, mas no sentido contrário ao da descida. Como o carro continua descendo por 8m, determine o valor do trabalho realizado pela força.
F
d
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 11: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/11.jpg)
Vamos resolver?
F = 100N d = 8m
Como a força F e o deslocamento d têm mesma direção e sentidos opostos, o trabalho é resistente, logo:
= - F.d = - 100.8
= - 800J
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 12: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/12.jpg)
TRABALHO DA FORÇA NÃO PARALELA AO DESLOCAMENTO
Agora imagine uma força constante F que forma um ângulo em relação ao sentido de deslocamento d de um corpo:
F
d
= F.d.cos
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 13: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/13.jpg)
Vamos dar um exemplo?
Durante um trabalho em um armazém, um homem puxa um caixote com uma força de 200N que forma um ângulo de 60° com a horizontal, direção na qual ocorre um deslocamento de 10m. Determine o trabalho realizado pela força aplicada pelo homem.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 14: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/14.jpg)
Vamos resolver?
d
F
60°
= F.d.cos
F = 200N
d = 10 m
= 60°
= 200.10.cos 60°
= 200.10.0,5
= 1000 J
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 15: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/15.jpg)
OBS.: se a força F for perpendicular ao deslocamento (= 90°), ela não realiza trabalho. Nesse caso, dizemos que o trabalho é nulo.
F
d
Aqui, a força que o homem coloca para segurar o caixote é perpendicular ao deslocamento; portanto, o trabalho realizado por essa força é nulo.
Dizemos que a força que o homem aplica realiza esforço físico.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 16: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/16.jpg)
TRABALHO DE UMA FORÇA VARIÁVEL
Se a força F for variável, o trabalho pode ser calculado pelo gráfico da força F em função do deslocamento d do corpo. Como o trabalho é o produto da força pelo deslocamento, o valor absoluto do trabalho será numericamente igual à área sob o gráfico. Podemos usar o gráfico também para forças constantes.
F
d
A área pintada de laranja é numericamente igual ao trabalho da força F.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 17: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/17.jpg)
Vamos dar um exemplo?
O gráfico da figura mostra a variação da intensidade da força F que atua sobre um corpo, paralelamente a sua trajetória, em função do espaço percorrido d. Qual o trabalho, em Joules, realizado pela força quando o corpo vai de d = 2m para d = 6m? d(m)10
F(N)
20
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 18: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/18.jpg)
Vamos resolver?
d(m)10
F(N)
20
62
4
12
b= 4
H= 4
B= 12
A área um trapézio é dada por:A = ( B+b).H 2 A = (12+4).4 2A = 16.4 2 A = 32
= 32J
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 19: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/19.jpg)
TRABALHO DA FORÇA PESO
Considere um corpo de peso P e seja h o deslocamento vertical sofrido pelo corpo durante um movimento vertical:
1- Na Subida
P
H
= - P.H
2- Na Descida
H
= P.H
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 20: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/20.jpg)
OBS.: o trabalho da força peso independe da trajetória adotada pelo corpo, isto é, depende apenas da altura e do peso do corpo:
H
P
I II III
I = II= III
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 21: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/21.jpg)
Uma pessoa levanta do solo um corpo de massa 5kg até uma altura de 2,0m e, em seguida, o abaixa até uma altura final de 1,5m em relação ao solo. Determine, em Joules, o trabalho realizado pela força gravitacional (força peso).
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
Vamos dar um exemplo?
![Page 22: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/22.jpg)
Vamos resolver?
1- O corpo de massa 5kg sobe 2,0m.
P
H1
2- O corpo de massa 5kg desce até a altura de 1,5m em relação ao solo.
H2
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 23: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/23.jpg)
Observe que, em relação ao solo, o corpo subiu apenas 1,5m.
H = 1,5m m= 5kg g =10m/s2
= - P.H
= - m.g.H
= - 5.10.1,5
= - 75J
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 24: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/24.jpg)
TRABALHO DA FORÇA ELÁSTICA
Observe que, quando uma mola sofre deformações em regime elástico aplicando-lhe uma força F, surge uma força elástica Fel em sentido oposto que tende a trazer a mola à sua posição inicial de repouso:
FFel
X
Em que:
F = Fel
Fel = K.X
K é constante elástica da mola;
X é deformação sofrida pela mola.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 25: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/25.jpg)
Para calcular o trabalho da força elástica, usaremos o gráfico da força elástica Fel em função da deformação X.
Fel
Xx
KX
A = KX2
2A = X.KX
2A = B.H 2
O trabalho da força elástica é numericamente igual à área do gráfico.
Ʈ= ± KX2
2
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 26: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/26.jpg)
OBS.1: o trabalho da força elástica é positivo quando a mola está voltando para a posição inicial, pois o deslocamento (deformação X) e a força elástica têm mesma direção e sentido.
OBS.2: o trabalho da força elástica é negativo quando a mola está sendo deformada, pois o deslocamento (deformação X) e a força elástica têm mesma direção e sentido opostos.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 27: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/27.jpg)
Vamos dar um exemplo?
Um corpo de massa 4kg está apoiado em um plano horizontal liso e comprime a mola em 20cm. A mola tem constante elástica de 1200N/m e, liberada, distende e empurra o corpo. Determine o trabalho da força elástica quando a mola se encontra comprimida.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 28: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/28.jpg)
Vamos resolver?
X
X = 20 cm = 0,2m
K = 1200m
Ʈ= ± KX2
2
Como a mola está sendo deformada, o trabalho é resistente.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força
![Page 29: Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Trabalho de uma força](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020122/552fc160497959413d8e8de1/html5/thumbnails/29.jpg)
Ʈ= - KX2
2
Ʈ= - 1200(0,2)2
2
Ʈ= - 1200.0,04 2
Ʈ= - 12.4 2
Ʈ= - 48 2
Ʈ= - 24 J
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioTrabalho de uma Força