É necessário aplicar algum tipo de força para realizar um trabalho?

O objetivo deste experimento é ilustrar o conceito físico de trabalho.

Uma pessoa na rua está segurando a faixa de uma loja. Esta pessoa trabalha oito horas por dia sem se deslocar. Será que realmente ela está trabalhando? No cotidiano, sim. Mas, na Física, a palavra trabalho está associada a um deslocamento que uma força produz em um objeto. Portanto, no sentido físico, certamente que não. "O trabalho de uma força é uma maneira de medir a quantidade de energia transferida, ou transformada, de um sistema para outro ou, em certos casos, a quantidade de energia transformada dentro de um mesmo sistema. O trabalho realizado por uma força constante corresponde ao produto da intensidade da força na direção do deslocamento pela intensidade do deslocamento". Em uma construção, quando uma pessoa puxa uma corda que eleva um balde até uma certa altura, uma força é feita no balde para que ele seja deslocado. Essa força provocando um deslocamento corresponde ao trabalho realizado pela força aplicada na corda. Fisicamente, há uma transferência de energia da pessoa para o balde. Essa quantidade de energia transferida fica armazenada no balde sob a forma de energia potencial gravitacional. Aqui está o verdadeiro significado físico de trabalho: o deslocamento provocado pela aplicação de uma força é responsável pela transferência de energia. A transferência de energia neste caso é: homem -> energia potencial gravitacional do balde. E se a corda for solta, essa energia potencial gravitacional se transformará em energia cinética durante a queda. Neste caso, a transferência de energia é: energia potencial gravitacional do balde -> energia cinética do balde.

A idéia do experimento é verificar que, para a realização de trabalho deve-se levar em conta a direção de aplicação da força. Ou seja, uma força imensa, mas mal aplicada pode não gerar transferência de energia e, assim, não realizar trabalho algum. O experimento consiste na aplicação de forças em várias direções em um objeto com liberdade restringida, de modo que para o mesmo trabalho (mesma energia cinética final, neste caso) necessita-se menos força se esta for aplicada paralelamente à direção permitida de movimento do objeto. Utilizamos duas réguas, um dinamômetro e uma caixa. Usa-se o dinamômetro para simultaneamente aplicar uma força sobre a caixa e medir sua intensidade. Aplica-se uma força na caixa, fazendo um ângulo qualquer com a direção permitida para o seu movimento, de tal modo que a sua velocidade final seja sempre, aproximadamente, a mesma (ou seja, aproximadamente a mesma energia cinética final). O que se observa no dinamômetro é que na direção paralela ao movimento, precisa-se de menos força para poduzir o mesmo trabalho. Neste caso, o ângulo entre a força e o deslocamento é zero graus. À medida que este ângulo aumenta, precisa-se de mais força para fazer o mesmo trabalho.

Montagem

• Para montar o dinamômetro, veja o anexo.
• Fixe com fita adesiva uma das réguas sobre a mesa.
• Encoste a caixa na borda alta da régua. Encoste a borda alta da outra régua no outro lado da caixa, conforme a figura abaixo, do Esquema Geral de Montagem. Fixe-a com fita adesiva.
• Use o barbante para fazer uma alça grudada na face que será usada para puxar a caixa.
• Encaixe o dinamômetro na alça da parte da frente da caixa e puxe-a até que ela atinja a velocidade desejada. Observe o quanto de força utilizada marca o dinamômetro. Varie o ângulo de aplicação e observe a intensidade da força.

Esquema Geral de Montagem

Tabela do material
 

Montagem

• Corte o cano de metal com aproximadamente 17cm (Figura A).
• Corte o canudo com um comprimento aproximado de 10cm.
• Coloque uma das extremidades do elástico dentro de uma das extremidades do canudo. Fixe o alfinete no canudo, de forma que, o elástico e o canudo fiquem presos.
• Corte uma tira de papel que possa ser colada no canudo.
• Faça uma escala graduada em centímetros no papel cortado. Fixe com uma fita adesiva o papel no canudo.
• Na outra extremidade do canudo, coloque o arame dobrado ao meio. O arame deverá ficar encaixado dentro do canudo, como se fosse um "anzol" (Figura B).
• Coloque a outra extremidade do elástico encaixado no clips de acordo com a montagem abaixo.
• Coloque o conjunto feito com o canudo, o elástico e o gancho dentro do cano de metal. Este ficará preso pelo clips na extremidade do cano (Figura C).

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

FCB /FCL

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