TRABALHO
Conceito de Trabalho
Na Física, o termo trabalho é utilizado quando falamos no Trabalho realizado por uma força, ou seja, o Trabalho Mecânico. Uma força aplicada em um corpo realiza um trabalho quando produz um deslocamento no corpo.
Utilizamos a letra grega tau minúscula () para expressar trabalho.
A unidade de Trabalho no SI é o Joule (J)
Quando uma força tem a mesma direção do movimento o trabalho realizado é positivo: J > 0;
Quando uma força tem direção oposta ao movimento o trabalho realizado é negativo: J < 0.
O trabalho resultante é obtido através da soma dos trabalhos de cada força aplicada ao corpo, ou pelo cálculo da força resultante no corpo.
Trabalho de uma força constante
Suponha que um móvel, ao longo de um deslocamento de módulo d, sofra a ação de uma força constante de intensidade F, inclinada de θ em relação à direção do deslocamento.
Por definição, o trabalho (T) realizado pela força F constante, ao longo do deslocamento d, é dado por:
T = F · d · cos θ
Nessa expressão, F é o módulo da força, d é o módulo do deslocamento e θ, o ângulo formado entre os vetores F e d. No Sistema Internacional (SI), a unidade de força é o Newton (N), a unidade de deslocamento é o metro (m) e a unidade de trabalho é o joule (J).
Dependendo do ângulo θ entre os vetores F e d, o trabalho realizado por uma força pode ser positivo, nulo ou negativo, de acordo com as características descritas a seguir.
1. Se θ é igual a 0° (força e deslocamento têm mesmo sentido), temos que cos θ = 1. Nessas condições:
T = F · d
2. Se 0° ≤ θ < 90°, temos que cos θ > 0. Nessas condições, o trabalho é positivo (T > 0) e recebe a denominação de trabalho motor.
3. Se θ = 90°, temos que cos θ = 0. Nessas condições, o trabalho é nulo (T = 0), ou a força não realiza trabalho.
4. Se 90° < θ ≤ 180°, temos que cos θ < 0. Nessas condições, o trabalho é negativo (T < 0) e recebe a denominação de trabalho resistente.
5. Se θ é igual a 180° (força e deslocamento têm sentidos opostos), temos que cos θ = –1. Nessas condições:
T = –F · d
Note que o trabalho:
é sempre de uma força;
depende de uma força e de um deslocamento;
é positivo quando a força favorece o deslocamento;
é negativo quando a força se opõe ao deslocamento;
seu módulo é máximo quando o ângulo entre o vetor deslocamento e o vetor força é 0° ou 180°.
seu módulo é mínimo quando a força e o deslocamento são perpendiculares entre si.
Trabalho de uma força variável
No item anterior, para calcular o trabalho de uma força constante, utilizamos a equação T = F · d · cos θ. No entanto, existe outra maneira de calcular esse trabalho, utilizando, para isso, o método gráfico. A seguir, temos o gráfico de uma força F constante em função do deslocamento produzido.
Trabalho de uma força variável.
Observe que a área A do retângulo indicado na figura é dada por A = FX · d, ou seja, o trabalho é numéricamente igual à área da figura formada pela curva (linha do gráfico) com o eixo do deslocamento, no intervalo considerado. Assim, escrevemos:
T = Área
Podemos aplicar essa propriedade gráfica no caso de uma força de módulo variável para calcular o trabalho realizado por essa força. Considere que a força F varie em função do deslocamento, conforme mostra o gráfico seguinte.
Gráfico da força em função do deslocamento.
A área indicada por A1 fornece o trabalho da força F no deslocamento (d1 – 0), e a área indicada por A2 fornece o trabalho da força F no deslocamento (d2 – d1). Como a área A2 se encontra abaixo do eixo do deslocamento, o trabalho da força, nesse caso, é negativo. Assim, o trabalho total da força F, no deslocamento de 0 a d2, é dado pela diferença entre a área A1 e a área A2.
T = A1 – A2
Observação
Cuidado para não utilizar o sinal de menos duas vezes. Uma dica para resolver essa situação é calcular as duas áreas em módulo e, depois, fazer a diferença entre a área acima do eixo d e a área abaixo do eixo d.
OBSERVAÇÃO: COMO TIVE PROBLEMA COM ALGUMAS IMAGENS, CLIQUEM NESSE LINK PARA VÊ UMA PARTE DO RESUMO QUE CONTÉM FIGURAS:
https://www.coladaweb.com/fisica/mecanica/trabalho-mecanica
ATIVIDADE DE AVERIGUAÇÃO DE APRENDIZAGEM
A atividade deve ser copiada e respondida em seu caderno (não esquecer das perguntas) e enviadas para o whatsapp da professora Elen.
1) Um corpo é deslocado sob a ação de duas forças, F e R, ambas na mesma direção do movimento. Quanto ao trabalho realizado por essas forças, responda se é motor, resistente ou nulo.
2) Um bloco de 2 Kg é puxado com velocidade constante por uma distância de 4 m em um piso horizontal por uma corda que exerce um força de 7N, também horizontal. Qual o trabalho executado pela corda sobre o bloco?
3) Um garoto gasta 75j de energia para empurrar uma caixa por três metros, sabendo que a direção de aplicação da força do garoto forma um ângulo de 60 graus com a direção do desligamento da força feita pelo garoto:
a) 50 N
b) 40 N
c) 25 N
d) 30 N
4) Diferencie o trabalho de uma força constante e variável.
5) Marque a alternativa correta:
a) O trabalho de uma força independe de o corpo entrar em movimento.
b) Trabalho é uma grandeza vetorial.
c) O trabalho é definido como motor caso a força e o deslocamento tenham o mesmo sentido.
d) O trabalho de uma força é diretamente proporcional à força aplicada sobre ele e inversamente proporcional à distância percorrida.
e) Quando o trabalho é efetuado pela força peso, depende apenas da trajetória percorrida pelo objeto.
6) Um bloco de peso igual a 7 kg é levantado a uma altura de 10 m. Calcule o trabalho realizado pela força peso sabendo que a gravidade no local é 10m/s2.