Física trabalho e energia

ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA

1


TRABALHO
MEDIDA DA TRANSFORMAÇÃO/
VARIAÇÃO/TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA
Quem ganhou energia: recebeu trabalho
Quem perdeu energia: realizou trabalho
TRABALHO foi realizado pela pessoa sobre
a caixa: pessoa perde energia química
(processos biológicos internos) e caixa
ganha energia cinética e energia térmica
por causa do atrito.

2


TRABALHO FOI REALIZADO PELO HALTEROFILISTA PARA LEVANTAR O PESO:
aumentou a energia potencial do halteres diminuiu a energia do atleta

FORÇA SÓ REALIZA TRABALHO QUANDO HÁ DESLOCAMENTO DO PONTO DE
APLICAÇÃO

NÃO HÁ REALIZAÇÃO DE TRABALHO PELO HALTEROFILISTA SOBRE O HALTERE
QUANDO O MESMO ESTÁ PARADO NO ALTO

Trabalho nos interno ao organismo do halterofilista para manter os músculos
retesados 3


ATRIBUTOS DA DEFINIÇÃO DE TRABALHO

1. Medida da energia transferida entre dois
sistemas
2. Necessário haver deslocamento do ponto de
aplicação da força
3. Força perpendicular ao deslocamento não
realiza trabalho
4


TRABALHO DE UMA FORÇA CONSTANTE
(unidade joule 1 J = 1 N.m)

Componente da força na direção do movimento é que realiza o trabalho

Quando F “ajuda o movimento” -> Energia Cinética Aumenta Wé +
Quando F “atrapalha” o movimento -> Energia Cinética Diminui Wé -
5


TRABALHO DA FORÇA CENTRÍPETA É NULO

FORÇAS PERPENDICULARES AO DESLOCAMENTO
NÃO REALIZAM TRABALHO PORQUE NÃO CAUSAM
VARIAÇÃO NA ENERGIA CINÉTICA
6


POTÊNCIA
Taxa temporal com que trabalho é realizado/a
energia é transformada
Pmedia = W / Δ t
Unidade watt (W) 1 W = 1 J / 1s
1 kW = 10³ W
1 HP = 746 W 1 CV = 735 W
Carro 1.6 ~ 100 CV
7


Lâmpada de 60 W 60 J / s
Chuveiro elétrico 2600 W – 6800 W
TV 105 W Geladeira 101 W Home-Theater 30 a 130 W

Usina Jorge Lacerda 700 MW
Angra I 500 MW Angra II 1000 MW
Itaipu 12000 MW

kWh medida de energia 1000 W em uma hora
Preço do kWh (abril 2011) ~ R$ 0,4

8


9


• Energia Mecânica
• Energia é a capacidade de executar um trabalho.
• Energia mecânica é aquela que acontece devido ao
movimento dos corpos ou armazenada nos sistemas
físicos.
• Dentre as diversas energias conhecidas, as que
veremos no estudo de dinâmica são:
• Energia Cinética;
• Energia Potencial Gravitacional;
• Energia Potencial Elástica;
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• ENERGIA CINÉTICA
• É a energia ligada ao movimento dos corpos.
Resulta da transferência de energia do
sistema que põe o corpo em movimento.
• Sua equação é dada por:

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• Energia Potencial Gravitacional
• É a energia que corresponde ao trabalho que a força
Peso realiza.
• É obtido quando consideramos o deslocamento de
um corpo na vertical, tendo como origem o nível de
referência (solo, chão de uma sala, ...).
• Enquanto o corpo cai vai ficando mais rápido, ou
seja, ganha Energia Cinética, e como a altura diminui,
perde Energia Potencial Gravitacional

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• Energia Potencial Elástica
Corresponde ao trabalho que a força Elástica
realiza.

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• Conservação de Energia Mecânica
• A energia mecânica de um corpo é igual a
soma das energias potenciais e cinética dele.
• Então:

14


15


A energia esta envolvida
em todas as ações que
ocorrem no Universo.

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enérgeia Origem da palavra ENERGIA

ENERGIA

Capacidade de um
agente para realizar Produção de
trabalho movimento contra
uma resistência

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Energia é habilidade para
realização de certo trabalho.

Iluminação
Crescimento
Aquecimento
Movimento
Comunicação

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A Energia pode se tornar presente
sob diversas formas
Energia Mecânica
•Potencial
Gravitacional
•Cinética

Energia Radiante
ou
Luminosa Energia Interna Energia Elétrica

Energia Química
Energia Nuclear
Energia Eólica
19


Conversores

mecanismos,
naturais ou inventados,

transformam energia
de uma forma para outra.

20


Lei da Conservação da Energia
1o Princípio da Termodinâmica
O uso da energia implica
em transformá-la porém ela, a energia, não é
de uma forma para outra... criada nem destruida.

Energia total antes Energia total após
da explosão = a explosão

Sejam quantas forem as transformações,
a quantidade total de energia no Universo permanece constante.

21


2o Princípio da Termodinâmica
As transformações não alteram a quantidade de energia do
Universo. Embora permaneça inalterada, ...
... em cada transformação, a parcela da
energia disponível torna-se cada vez menor.

Na maioria das transformações parte da energia
converte em calor...
... que ao se dissipar caoticamente pela vizinhança
torna-se , cada vez menos disponível, para realização
de trabalho.

A energia total do Universo não muda, mas a parcela disponível
para realização de trabalho, torna-se cada vez menor.
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Fontes de
energia
Recursos enérgéticos disponíveis
Fontes na natureza ou que dela podem
ser obtidos de forma direta.
Primárias Ex. PETRÓLEO

Transformação

Produtos energéticos oriundos
Fontes de Fontes Primárias mediante
processo de transformação.
Secundárias
Ex. ÓLEO DIESEL

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Fontes Primárias
de Energia

Petróleo Fontes Não Renováveis
Gás Natural •Milhões de ano para a formação
•Suprimento limitado
Carvão mineral
Minério de Urânio

Biomassa
Sol Fontes Renováveis
Recompostas em curto espaço de tempo
Vento
Hidráulica

24


25


Fontes Alternativas de
Energia
Energia Solar
Energia Eólica
Biomassa
PCH’s
Mare-Motriz
Células Combústivel

26


Energia Solar Termo
Sistema Ativo Usa dispositivos e
Aquecimento equipamentos
Solar
de mecânicos para
edifícios transportar calor Radiação
Coleta e transporta
Sistema Passivo Convecçã
calor por meios
o
naturais
Condução

Produção
Solar
de
Fotovoltáico
eletricidade

Efeito
Fotovoltáico Radiação solar diretamente em
eletricidade 27


Energia eólica

Captada por sistema de
hélices, a energia eólica é
transformada em
eletricidade nos
aerogeradores.
28


PCH
Pequena Central Elétrica

PCH’s
Geração de eeletricidade de
baixo impacto no ecossistema.

Potência entre 1 e 30 MW

29


Energia Maremotriz
Primeira Usina Maremotriz - 1966
Estuário do rio Rance – França As marés que animam os
Diferença de altura média: 8,2 m oceanos é fonte de energia
Potencia: 240 MW mecânica, limpa e inesgotável
que pode ser captada por
turbinas para gerar eletricidade.

30


Biogás
Equivalências Energéticas:

1 m 3 de Biogás = 6.000 Kcal - é equivalente a:
1,7 m3 de Metano
1,5 m3 de Gás de Cidade
0,8 L de Gasolina
1,3 L de Álcool
2 Kg de Carboneto de Cálcio
0,7 L de Gasóleo
7 Kw h de Eletricidade
2,7 Kg de Madeira
1,4 Kg de Carvão de Madeira
0,2 m3 de Butano
0,3 m3 de Propano

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Fonte Primária
Biodiesel
Fonte Secundária
Soja, girassol, mamona, Óleos vegetais
algodão, amendoin, etc respectivos

Reação com álcool
catalisador
Uso
Motores de veículos Biodísel,
Geração de eletricidade (bioeletricidade) o “diesel natural”

matéria-prima Poder calorífico
em diversos ramos da indústria
cosméticos, remédios e explosivos. 9.500 kcal/kg
32


Cana de açucar
Etanol – Álcool Bagaço
Etílico
C2H5OH
Cogeração

O etanol combustível é composto, aqui
no Brasil, de 96% de etanol e 4% de
água.
Aparece na nossa gasolina, como Calor
substituto do chumbo, com 22%,
formando o chamado gasool. Eletricidade

33


Impactes ambientais
Energias renováveis
Energia solar:
 Energia limpa.

 Ao instalar uma central fotovoltaica altera-se a paisagem existente e
o equilíbrio natural.

Energia eólica:
 Energia limpa.

 Os parques eólicos alteram a paisagem.
 Se for colocado em rotas migratória pode provocar a morte de
muitas aves.

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Impactes ambientais
Energia hidráulica:
 Energia limpa.
 As centrais hidroeléctricas (barragens) provocam inundações alterando o
equilíbrio dos ecossistemas.

Energia da biomassa:
 Energia limpa.
 A produção de electricidade através da combustão liberta gases nocivos e
partículas para a atmosfera, contribuindo para o aquecimento global.

Energia da geotérmica:
 Energia limpa.
 A libertação de vapor a alta pressão provoca poluição sonora e a libertação
de calor altera o ecossistema em redor.
35


Impactes ambientais
Energias não renováveis
Energia nuclear:
 Energia poluente.
 É altamente perigosa.
 Em caso de acidente liberta-se radioactividade que é prejudicial a
qualquer organismo, permanecendo no meio durante muito tempo.
Energia dos combustíveis fósseis:
 Energia poluente.
 Alteram os habitats naturais onde se efectuam as extracções .
A queima dos combustíveis liberta para a atmosfera gases poluentes.
A exploração dos combustíveis fósseis conduz ao seus esgotamento
uma vez que as reservas são cada vez menores. 36

ENEM 2011
Os biocombustíveis de primeira geração são derivados da soja, milho
e cana-de-açúcar e sua produção ocorre através da fermentação.
Biocombustíveis derivados de material celulósico ou
bicombustíveis de segunda geração — coloquialmente chamados
de “gasolina de capim” — são aqueles produzidos a partir de
resíduos de madeira (serragem, por exemplo), talos de milho,
palha de trigo ou capim de crescimento rápido e se apresentam
como uma alternativa para os problemas enfrentados pelos de
primeira geração, já que as matérias-primas são baratas e
abundantes.
DALE, B. E.; HUBER, G. W. Gasolina de capim e outros vegetais.
Scientific American Brasil. Ago. 2009, no 87 (adaptado).
O texto mostra um dos pontos de vista a respeito do uso dos
biocombustíveis na
atualidade, os quais:

37


A)oferecem múltiplas dificuldades, pois a produção é de alto custo, sua implantação não
gera empregos, e deve-se ter cuidado com o risco ambiental, pois eles oferecem os
mesmos riscos que o uso de combustíveis fósseis
B)sendo de segunda geração, são produzidos por uma tecnologia que acarreta
problemas sociais, sobretudo decorrente do fato de a matéria-prima ser abundante e
facilmente encontrada, o que impede a geração de novos empregos.
C)sendo de primeira e segunda geração, são produzidos por tecnologias que devem
passar por uma avaliação criteriosa quanto ao uso, pois uma enfrenta o problema da
falta de espaço para plantio da matéria-prima e a outra impede a geração de novas
fontes de emprego
D)são matrizes energéticas com menor carga de poluição para o ambiente e podem
propiciar a geração de novos empregos, entretanto, para serem oferecidos com
baixo
custo, a tecnologia da degradação da celulose nos biocombustíveis de segunda geração
deve ser extremamente eficiente.
E) podem acarretar sérios problemas econômicos e sociais, pois a substituição do uso
de petróleo afeta negativamente toda uma cadeia produtiva na medida em que exclui
diversas fontes de emprego nas refinarias, postos de gasolina e no transporte de
petróleo e gasolina.

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