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Energia

Trabalho, energia cinética, energia potencial, conservação da energia e potência, com os cálculos resolvidos. No laboratório de energia, você acompanha uma montanha-russa com barras de energia e um controle de atrito, além de empurrar ou levantar uma carga para observar o trabalho e a potência.

Progresso

Sobre este curso

Fazer uma prova ou segurar uma sacola pesada parece trabalho duro, mas na física nenhum dos dois conta. Trabalho tem um significado rigoroso: uma força realiza trabalho sobre um objeto só quando o objeto se move, e só pela parte da força que aponta na direção do movimento. Quando há trabalho, há transferência de energia, e essa ligação é o motivo pelo qual a ideia importa.

As seis unidades são o que é energia, trabalho como força vezes distância, energia cinética, energia potencial, conservação da energia e a montanha-russa, e potência. Um jardineiro empurra um cortador de grama com 75.0 N ao longo de um cabo inclinado 35° abaixo da horizontal por 25.0 m, e o trabalho é 75.0 × 25.0 × cos 35° = 1536 J, ou 0.37 kcal de energia alimentar. A energia cinética tem um quadrado, então ir de 60 km/h para 90 km/h é 1.5 vez a velocidade mas 2.25 vezes a distância de frenagem. Rodando a fórmula ao contrário, uma bola de tênis a 100 km/h com cerca de 22 J dá uma massa de 57 g, que é a massa de uma bola de tênis de verdade. O laboratório de energia roda uma montanha-russa com barras de energia e um controle de atrito, e permite empurrar ou levantar uma carga para ver o trabalho e a potência.

Na montanha-russa, a energia potencial vira energia cinética na descida e volta a ser potencial na subida seguinte. Os trilhos e o ar reais realizam trabalho negativo, então EC + EP diminui aos poucos, mas a energia não é destruída: EC + EP + calor continua igual. A unidade de potência dá 1 hp = 746 W e observa que uma lâmpada incandescente de 60 W emite só cerca de 5 W de luz.

Antes de começar

Trabalho é força vezes distância, então vale saber o que é um newton por meio de Forças e o que é velocidade por meio de Movimento. As fórmulas incluem um quadrado para a energia cinética e um cosseno para um problema de cortador de grama, e a maioria das respostas pede calculadora.

Ao terminar

Você vai conseguir calcular o trabalho a partir de uma força e uma distância, a energia cinética de um carro e a energia potencial armazenada ao levantar uma caixa ou comprimir uma mola. Vai explicar por que dobrar a velocidade quadruplica a energia cinética, prever a velocidade de uma montanha-russa no pé de uma ladeira, achar a potência de alguém que sobe correndo uma escada e transformar o uso diário de um computador em kWh.

  1. 1O que é energiaUm joule ergue uma maçã de 100 g por cerca de 1 m; um carro de 1000 kg a 90 km/h tem cerca de 310 000 joules.
  2. 2Trabalho: força vezes distânciaEmpurrar um cortador de grama por 25 m com 75 N a 35° abaixo da horizontal realiza 1540 J de trabalho, cerca de um terço de uma Caloria alimentar.
  3. 3Energia cinéticaUm carro a 100 km/h tem quatro vezes a energia cinética que tem a 50 km/h.
  4. 4Energia potencialElevar em 1 m um peso de 0.500 kg de um relógio cuco armazena 4.90 J, que o relógio consome à medida que o peso desce.
  5. 5Conservação da energia e a montanha-russaUma montanha-russa que parte do repouso no topo de uma elevação de 20.0 m chega ao ponto mais baixo a 19.8 m/s se o atrito for desprezível, qualquer que seja sua massa.
  6. 6Potência: a rapidez com que o trabalho é realizadoUma mulher de 60.0 kg que sobe correndo uma escada com desnível de 3.00 m em 3.50 s desenvolve 538 W, um pouco menos que 1 hp.

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Fontes deste curso (8)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 7.1 Work: the scientific definition (W = F d cos θ, briefcase cases, 1 J = 1 N·m, 1 J lifts a 100 g apple about 1 m, lawn mower 75.0 N at 35° for 25.0 m = 1.54 × 10³ J, 1 kcal = 4186 J, under 10% of food energy goes into work)
  • 7.2 Kinetic energy and the work-energy theorem (KE = ½ m v², 30.0 kg package at 0.500 m/s = 3.75 J, 120 N push with 5.00 N friction over 0.800 m = 92.0 J net, final speed 2.53 m/s, a car at 100 km/h has four times the KE it has at 50 km/h)
  • 7.3 Gravitational potential energy (ΔPE = m g h, reference level, path independence, 0.500 kg cuckoo clock weight raised 1.00 m = 4.90 J, 60.0 kg person landing stiffly from 3.00 m, roller coaster 20.0 m hill: 19.8 m/s, and 20.4 m/s with a 5.00 m/s start, mass cancels)
  • 7.4 Conservative forces and potential energy (spring PE = ½ k x², 0.100 kg toy car, k = 250 N/m, 4.00 cm, 0.180 m rise)
  • 7.5 Nonconservative forces (friction turns mechanical energy into thermal energy)
  • 7.6 Conservation of energy (statement of the law, forms of energy, Table 7.1: 1000 kg car at 90 km/h 3.1 × 10⁵ J, tennis ball at 100 km/h 22 J, mosquito 1.3 × 10⁻⁶ J, daily food intake 1.2 × 10⁷ J, 1 gallon gasoline 1.2 × 10⁸ J, 1 g fat 3.9 × 10⁴ J; efficiency, Table 7.2: cycling and climbing 20%, swimming at the surface 2%, gasoline engine 30%, diesel 35%, coal power plant 42%, electric motor 98%, solar cell 10%)
  • 7.7 Power (P = W ÷ t, 1 W = 1 J/s, 1 hp = 746 W, 60.0 kg woman up 3.00 m stairs in 3.50 s reaching 2.00 m/s = 538 W, Table 7.3: Sun 4 × 10²⁶ W, car 8 × 10⁴ W, person at rest 100 W, heart at rest 8 W, clothes dryer 4 × 10³ W, a 60 W incandescent bulb gives 5 W of light, power plants turn 35 to 40% of fuel energy into electricity, E = P t, 0.200 kW computer 6.00 h a day for 30.0 days = 36.0 kWh, $4.32 at $0.120 per kWh)
  • g = 9.8 m/s² as in OpenStax examples (NIST standard gravity 9.80665 m/s², physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?gn).

Data de verificação: 2026-10-17