Física trabalho e energia

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Slides do Programa Maranhão Profissional Etapa Pré-vestibular 2012

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Física trabalho e energia

  1. 1. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 1
  2. 2. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  3. 3. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  4. 4. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  5. 5. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  6. 6. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA TRABALHO DA FORÇA CENTRÍPETA É NULO FORÇAS PERPENDICULARES AO DESLOCAMENTO NÃO REALIZAM TRABALHO PORQUE NÃO CAUSAM VARIAÇÃO NA ENERGIA CINÉTICA 6
  7. 7. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  8. 8. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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. 9. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 9
  10. 10. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA • 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; 10
  11. 11. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA • 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: 11
  12. 12. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA • 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 12
  13. 13. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA• Energia Potencial Elástica Corresponde ao trabalho que a força Elástica realiza. 13
  14. 14. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA • Conservação de Energia Mecânica • A energia mecânica de um corpo é igual a soma das energias potenciais e cinética dele. • Então: 14
  15. 15. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 15
  16. 16. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA A energia esta envolvida em todas as ações que ocorrem no Universo. 16
  17. 17. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA enérgeia Origem da palavra ENERGIA ENERGIA Capacidade de um agente para realizar Produção de trabalho movimento contra uma resistência 17
  18. 18. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Energia é habilidade para realização de certo trabalho. Iluminação Crescimento Aquecimento Movimento Comunicação 18
  19. 19. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA A Energia pode se tornar presente sob diversas formas Energia Mecânica •Potencial Gravitacional •CinéticaEnergia Radiante ou Luminosa Energia Interna Energia Elétrica Energia Química Energia Nuclear Energia Eólica 19
  20. 20. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Conversores mecanismos, naturais ou inventados, transformam energia de uma forma para outra. 20
  21. 21. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  22. 22. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 2o Princípio da Termodinâmica As transformações não alteram a quantidade de energia do Universo. Embora permaneça inalterada, ... ... em cada transformação, a parcela daenergia 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. 22
  23. 23. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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 23
  24. 24. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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. 25. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 25
  26. 26. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Fontes Alternativas de Energia Energia Solar Energia Eólica Biomassa PCH’s Mare-Motriz Células Combústivel 26
  27. 27. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  28. 28. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Energia eólica Captada por sistema de hélices, a energia eólica é transformada em eletricidade nos aerogeradores. 28
  29. 29. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA PCH Pequena Central Elétrica PCH’s Geração de eeletricidade de baixo impacto no ecossistema. Potência entre 1 e 30 MW 29
  30. 30. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  31. 31. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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 31
  32. 32. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  33. 33. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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
  34. 34. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Impactes ambientais Energias renováveisEnergia solar: Energia limpa. Ao instalar uma central fotovoltaica altera-se a paisagem existente eo equilíbrio natural.Energia eólica: Energia limpa. Os parques eólicos alteram a paisagem. Se for colocado em rotas migratória pode provocar a morte demuitas aves. 34
  35. 35. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Impactes ambientaisEnergia hidráulica: Energia limpa. As centrais hidroeléctricas (barragens) provocam inundações alterando oequilíbrio dos ecossistemas.Energia da biomassa: Energia limpa. A produção de electricidade através da combustão liberta gases nocivos epartículas 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 libertaçãode calor altera o ecossistema em redor. 35
  36. 36. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Impactes ambientais Energias não renováveisEnergia nuclear: Energia poluente. É altamente perigosa. Em caso de acidente liberta-se radioactividade que é prejudicial aqualquer 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 esgotamentouma vez que as reservas são cada vez menores. 36
  37. 37. ENEM 2011Os 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 naatualidade, os quais: 37
  38. 38. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 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. 38

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