Capítulo 13/01 - Trabalho, potência e rendimento.

Nesse capítulo vamos trabalhar com três novas grandezas físicas: O trabalho de uma força, a potência de um dispositivo e o rendimento de um equipamento.

 Trabalho

A definição dessa grandeza você pode estudar aqui. Observe que  definimos o trabalho como o produto da força aplicada sobre um objeto pela distância que o objeto percorre na direção da força enquanto ela é exercida. Para entender o conceito de trabalho não se deixe levar pelo significado que damos à palavra no dia a dia. Na Física,  o trabalho pode ser entendido como uma medida da energia transferida de um objeto para outro.

O trabalho  é uma grandeza escalar, portanto é medido por um número e uma  unidade. No SI essa unidade é o Joule. Esse número pode ser positivo, negativo ou nulo. Veja aqui o significado físico desses sinais.

 Duas observações sobre as forças e o trabalho

As forças são divididas em duas classes. Algumas dela são ditas conservativas. Forças conservativas são aquelas cujo trabalho realizado por elas não depende da trajetória seguida pelo objeto em questão. A força conservativa com a qual vamos trabalhar inicialmente é a força gravitacional.

Então, não se esqueça: Quando calculamos o trabalho  realizado pela força peso o que importa não é a distância percorrida pelo objeto mas variação da altura. Logo:

T = m.g.h

Se o movimento é para cima o trabalho da força peso é negativo. Se o que ocorre é uma queda então o trabalho da força peso é positivo.

O outro tipo de força é chamada de " Força dissipativa". A força dissipativa típica é a força de atrito. Esta força, de uma maneira geral, quando realiza trabalho o faz sob a forma de calor.

Portanto, lembre-se: Quando se tratar do trabalho realizado pela força de atrito a distância levada em conta  é aquela percorrida sobre a trajetória descrita pelo corpo.

Potência

A outra grandeza que iremos estudar é aquela que mede a rapidez com que um trabalho é realizado. Estamos falando da grandeza física chamada Potência. Para a definição de potência clique aqui.

A unidade do Sistema Internacional para o trabalho é o  Joule ( J ). No entanto, a definição de potência nos permite criar uma nova unidade para o trabalho. Esta unidade é usada principalmente pelas Concessionárias de energia elétrica. Estamos falando do quilowatt hora:

T = Pot . tempo

Se a potência é medida em unidades de mil Watts ( kW) e se o tempo for medido em horas. Portanto, se você desejar calcular o consumo de um aparelho elétrico de sua casa basta multiplicar a potência do aparelho pelo número de horas que ele permanece ligado.

Observe com atenção as unidades alternativas de trabalho e de potência que são apresentadas na apostila. Elas são cobradas no vestibular.

Uma outra opção para o cálculo da potência é a fórmula:

  P = F . V

Ela é obtida pela substituição da definição de trabalho ( T = F. d ) na definição de potência.

Rendimento

Trataremos também de uma outra grandeza física que mede a eficiência com que os dispositivos trabalham. Pois é do senso comum que qualquer máquina apresenta um desperdício de energia, isto é, uma perda quando realiza o seu trabalho. 

Assim, por exemplo, uma lâmpada tira uma certa quantidade de energia da rede elétrica e transforma essa energia em energia luminosa e calor. Ora, não é propósito da lâmpada fornecer calor. Logo, o calor é  considerado, neste exemplo, uma energia desperdiçada, isto é, uma perda.

Esta eficiência é medida pela razão entre o trabalho útil realizado pelo dispositivo e o  trabalho motriz. No caso da lâmpada o trabalho motriz seria a energia que ela retira da rede elétrica. A grandeza  é, portanto,  adimensional, isto é, não tem dimensão. É um número, não possui unidade. Esta grandeza é chamada Rendimento. A sua definição pode ser vista  aqui.