Trabalho & Energia

Força e Leis de Newton responderam por que as coisas se movem; esta lição pergunta quanto foi realizado e com que rapidez. Enquanto Velocidade e Movimento mediu a rapidez com que a posição muda, aqui medimos quanto trabalho uma força realiza e com que rapidez ela o realiza.

Trabalho: força vezes distância

Empurrar um objeto por uma distância na direção da força é o que a física chama de realizar trabalho:

$W = F \times s$

medido em joules (J). Atenção às palavras "na direção da força": ao carregar uma sacola de compras enquanto caminha, o braço puxa para cima enquanto a sacola se move horizontalmente — o braço não realiza trabalho sobre a sacola.

Exemplo resolvido: arrastando uma caixa

Arrastar uma caixa por 3 m ao longo do chão com uma força horizontal de 50 N: $W = F \times s = 50 \times 3 = 150$ J. Com apenas 25 N de força sobre os mesmos 3 m, o trabalho é $25 \times 3 = 75$ J — metade da força, metade do trabalho.

Energia cinética e potencial

A energia vem em duas formas mais familiares:

Energia cinética: a energia do movimento, que cresce com a velocidade e a massa: $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ ;
Energia potencial: energia armazenada pela posição. Levante um objeto e ele armazena energia potencial gravitacional:

$E_p = mgh$

Exemplo resolvido: uma bola levantada

Elevar uma bola de 2 kg a uma altura de 5 m (com g = 9.8 N/kg): $E_p = mgh = 2 \times 9.8 \times 5 = 98$ J. Esses 98 J são exatamente o trabalho que você realizou — e a energia que a bola agora armazena.

Conservação: a forma muda, o total não muda

Solte a bola. Ela perde altura, então a energia potencial diminui; ela ganha velocidade, então a energia cinética aumenta. A diminuição de um lado é igual ao aumento do outro — um instante antes de aterrissar, todos os 98 J de energia potencial se transformaram em energia cinética (ignorando a resistência do ar). A energia nunca aparece ou desaparece do nada; ela apenas muda de forma, e o total permanece fixo. Isso é conservação de energia: um registro que não permite débitos, com cada entrada à vista.

Potência: com que rapidez o trabalho é realizado

Duas pessoas realizam 600 J de trabalho cada; uma termina em 20 segundos, a outra precisa de 10 minutos. Quem trabalha mais? Potência mede a taxa de realização de trabalho:

$P = \frac{W}{t}$

medida em watts (W), onde 1 W = 1 J/s.

Exemplo resolvido: potência

600 J de trabalho realizado em 20 segundos: $P = 600 \div 20 = 30$ W. Uma lâmpada de 40 W converte 40 J de energia elétrica em luz e calor a cada segundo; uma panela elétrica de arroz de várias centenas de watts converte energia muito mais rápido.

Questionário rápido

0 / 3 corretas0 / 3 corretas

1. Uma força de 50 N empurra um objeto por 3 m ao longo de sua direção. Quanto trabalho é realizado?
2. Uma bola de 2 kg é levantada a uma altura de 5 m (g = 9.8). Quanta energia potencial é armazenada?
3. 600 J de trabalho é realizado em 20 segundos. Qual é a potência?