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Trabalho, energia e potência: guia de estudo

Ideias principais

Os métodos de energia evitam acompanhar as forças instante a instante. O trabalho da força resultante é igual à variação da energia cinética e, quando atuam apenas forças conservativas, a energia mecânica total permanece constante.

  • O trabalho é W = Fd cos θ, em que θ é o ângulo entre a força e o deslocamento. Uma força perpendicular ao movimento não realiza trabalho.
  • A energia cinética é ½mv², a energia potencial gravitacional perto da Terra é mgh e uma mola armazena ½kx².
  • A potência é a taxa de realização de trabalho: P = W ÷ t, ou P = Fv para uma força na direção da velocidade.
  • O atrito e outras forças não conservativas retiram energia mecânica do sistema na forma de calor, então inclua seu trabalho no balanço.

Equações principais

  • W = Fd cos θ
  • KE = ½mv²
  • PE = mgh
  • PE = ½kx²
  • P = W ÷ t = Fv
  • W_net = ΔKE

Exemplo resolvido

Uma bola de 2,0 kg é solta de 5,0 m (g = 9,8 m/s²). A energia potencial perdida é mgh = 2,0 × 9,8 × 5,0 = 98 J e se transforma em energia cinética. Igualando ½mv² = 98 J obtém-se v = √(2 × 98 ÷ 2,0) = 9,9 m/s. A massa se cancela, então v = √(2gh) para qualquer bola.

Erros comuns

  • Usar a força inteira em W = Fd quando a força faz um ângulo com o deslocamento.
  • Esquecer que a energia cinética depende do quadrado da rapidez: dobrar a rapidez quadruplica a energia.
  • Confundir energia, medida em joules, com potência, medida em watts.

Prática

Teste-se com perguntas de prática sobre este tema: Trabalho, energia e potência

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