Na física, definimos o trabalho como a medida de energia transferida ao aplicarmos uma força ao longo de um deslocamento. Se não houver força e deslocamento, não há trabalho. Ou seja, uma força aplicada em um corpo realiza um trabalho quando produz um deslocamento no corpo. Definimos, então, trabalho como a multiplicação da força aplicada e a distância percorrida. Show
Em nosso cotidiano, conhecemos uma máquina bem famosa que usa esse conceito para facilitar o levantamento de objetos muito pesados: o macaco hidráulico. Quando precisamos trocar o pneu de um automóvel, a distância percorrida pela mão que gira a manivela é dezenas de vezes maior que a elevação sofrida pelo automóvel. Essa razão de compensação entre força e deslocamento foi descoberta há séculos e é usada em diversas máquinas: quando o deslocamento é maior, a força exercida é menor, por isso, quando usamos um macaco de automóvel, precisamos de pouca força para levantar um carro, mas nossa mão percorre maiores distâncias para girar a manivela. O que é trabalho em física?O trabalho tem como objetivo possibilitar a medida de energia. Vamos analisar o seguinte exemplo: (1) Um automóvel percorre uma pista horizontal e, consumindo a mesma quantidade de combustível, percorre uma pista inclinada. Onde o deslocamento é maior, a força do motor é menor. Quanto mais combustível é consumido, maior é o deslocamento. Se chamarmos de energia o que o combustível fornece ao automóvel, essa energia pode ser medida pelo produto da força pelo deslocamento. O trabalho tem como símbolo a letra grega tau minúscula (), mas, às vezes, também representamos com um W maiúsculo, pois trabalho em inglês é work. No sistema internacional (SI), ele tem como unidade de medida o joule (J), unidade tradicionalmente usada para e medir energia. Força paralela ao deslocamentoNo exemplo acima, um carro percorria uma pista horizontal. Nesse caso, o vetor deslocamento e a força aplicada não formam um ângulo entre si. Usaremos, então, para calcular o trabalho a seguinte equação, sendo a força dada em newtons (N) e a distância em metros (m): Força não paralela ao deslocamentoNo exemplo citado acima, um carro percorria uma pista inclinada. Nesse caso, essa inclinação deve ser considerada no cálculo do trabalho. Vamos considerar a situação ilustrada a seguir: Durante o deslocamento ΔS do bloco, atua sobre ele a força F constante, que faz um ângulo θ com a direção e o sentido do deslocamento. Sempre que ocorrer um caso assim, força F pode ser decomposta em suas componentes horizontais e verticais, como mostra a imagem a seguir: Consideramos FI a componente perpendicular da força e FII a componente vertical da força. Para calcular o trabalho realizado, devemos utilizar o componente da força na direção do deslocamento, que é a componente horizontal Fμ da força F. O componente Fμ é a parcela da força que influi efetivamente no deslocamento. Como o trabalho é dado pela multiplicação da força pelo deslocamento, o trabalho da força Fμ deve ser definido pela expressão: O cosseno do ângulo θ pode ser descrito como: Portanto, a força Fμ pode ser escrita como: Podemos, também, reescrever o trabalho da força como: Essa é a fórmula que usaremos sempre que quisermos calcular o trabalho em trajetórias inclinadas, como no exemplo do carro. Assim, como o valor do cosseno de um ângulo varia entre +1 e –1, o trabalho pode ser positivo, negativo e nulo:
Perceba que o sinal algébrico do trabalho não depende do referencial, mas sim do ângulo entre essa força e o deslocamento no qual ela atua. Trabalho resultanteQuando várias forças atuam sobre um corpo em determinado deslocamento, podemos obter o trabalho resultante dessas forças somando algebricamente o trabalho de cada uma.
Trabalho de uma força variávelPodemos construir um gráfico da força (N) pelo deslocamento S (m), que mostra a variação do trabalho, para calcular o trabalho encontrando a área abaixo da curva. Ou seja, basta somar a A1 e a A2. Trabalho da força pesoConsiderando que a força, nesse caso, é a força peso, podemos escrever a fórmula do trabalho considerando P = m.g, ou seja, a massa multiplicada pela aceleração gravitacional. O que é trabalho de uma força paralela ao deslocamento?Quando a força é paralela ao deslocamento, ou seja, o vetor deslocamento e a força não formam ângulo entre si, calculamos o trabalho: Exemplo: Qual o trabalho realizado por um força aplicada a um corpo de massa 5kg e que causa um aceleração de 1,5m/s² e se desloca por uma distância de 100m?
Quando a força é paralela ao deslocamento?2. TRABALHO DE UMA FORÇA CONSTANTE PARALELA AO DESLOCAMENTO Seja F uma força constante, paralela e de mesmo sentido que o deslocamento AB que o corpo efetua devido à ação do conjunto de forças que nele atuam.
O que é o trabalho de uma força constante e não paralela ao deslocamento *?Trabalho de uma força constante não paralela ao deslocamento
Na expressão τ = Fd. cos(θ), o termo d. cos(θ) representa a projeção da força F na direção do deslocamento. Quando a força é perpendicular ao deslocamento AB, sua posição será nula: daí, seu trabalho é nulo.
Qual a relação entre o valor do trabalho realizado e o sentido do deslocamento e da força?T = F .
Quando o deslocamento acontece no mesmo sentido da componente da força que atua no deslocamento, o trabalho é motor. Ao contrário, quando ocorre em sentido contrário, o trabalho é resistente.
|