2 – Energia em movimentos - dulce-campos.comdulce-campos.com/wordpress/wp-content/uploads/2010/09/Sistemas... · Modelo da partícula material • Do ponto de vista microscópico:

2 – Energia em movimentos

Lei da conservação de energia

total p macroscópica c macroscópica total p macroscópica c macroscópica Se se considerar todas as contribuições energéticas,

macroscópicas e microscópicas,

Sistema isolado

12-05-2011Dulce Campos2

Sistemas complexos

• Sistema termodinâmico – não se podem desprezar as variações de energia interna;

• Sistema mecânico – importa descrever o seu movimento do ponto de vista macroscópico;


Sistemas complexos

• O estudo de um sistema mecânico é feito tendo em conta:

• Energia cinética macroscópica• Energia potencial gravítica

total p macroscópica c macroscópica total p macroscópica c macroscópica desprezável do ponto de

vista macroscópico


Sistemas complexos• E quando se trata de sistemas em que não é possível

desprezar nenhum dos dois tipos de variação de energia?

Sistema complexo – sistema termodinâmico e mecânico, onde ocorrem transformações e transferências de energia que levam a variações de energia interna e energia mecânica


Sistemas complexos• Em sistemas complexos podem ocorrer dissipações de energia (energia útil é sempre menor que a energia total fornecida ao sistema)

Energia química do combustível

Energia cinética das

rodas

Aquecimento do motor

Atrito aerodinâmico,

nas partes móveis e no solo

Sistemas de arrefecimento

Gases de escape


Sistemas complexos

• Forças de atrito são forças dissipativas

• Levam à dissipação de energia, que não pode ser aproveitada de modo útil;

• Causam variações na energia interna e mecânica do sistema;


Sistemas mecânicos. Modelo da partícula material

• Do ponto de vista microscópico:

• Tem de ser levadas em conta as contribuições para a variação energia interna de um sistema;

• Para estudar fenómenos de aquecimento, por exemplo, não é possível representar o sistema por uma só partícula, uma vez que são levadas em conta as interacções entre elas;

total p macroscópica c macroscópica total p macroscópica c macroscópica 12-05-2011Dulce Campos8


• Do ponto de vista macroscópico:

• Não interessa reconhecer a variação da energia interna do sistema;

• Interessa considerar a energia que contribui para a alteração do estado de repouso ou movimento do corpo;

total p macroscópica c macroscópica total p macroscópica c macroscópica 12-05-2011Dulce Campos9


• Para simplificar o estudo dos movimentos de translação e rotação macroscópicos usa-se uma representação;

MODELO DO CENTRO DE

MASSA



• O modelo é muito útil para descrever movimentos de translação;

• Para se aplicar o modelo são feitas as aproximações:

• Desprezar as pequenas deformações (sistema rígido e indeformável);• Desprezar todas as variações de energia interna (sistema mecânico);• Considerar apenas movimento de translação• Desprezar a dimensão do sistema relativamente à dimensão da trajectória;


Referenciais e representação de forças

• Para descrever movimento recorre-se a referenciais, onde se representam as forças aplicadas aos corpos;



P

NAF F

y

x

• P – peso do corpo

• N – reacção normal

• FA – força de atrito

• F – força aplicada

• A força resultante corresponde à soma vectorial das forças aplicadas no corpo;

• Fres = F – FA = m x a12-05-2011Dulce Campos13


P

N F

y

x

P

N

xF

y

x

yF

• As forças podem ser “decompostas” nos eixos do referencial

cosFFx sinFFy



P

N

xF

y

x

yF

a = 0 m/s2 RepousoM.R.U.

• N + Fy = P, ou seja, ay = 0, porque o corpo não se desloca na vertical;

• Fx = F res = m x ax


Trabalho de forças

P

N

xF

y

x

yF

• Em sistemas mecânicos, há transferência de energia através da aplicação de forças que realizam trabalho.

• Trabalho (W) é uma grandeza física escalar que mede a quantidade de energia transferida entre sistemas.

• Depende da força que causa o movimento e do deslocamentodo ponto de aplicação da força;


Trabalho de forças

Onde há realização de “trabalho”?


Trabalho de forças

P

N

xF

y

x

yF

cos xFWF

onde

• W – trabalho realizado pela força (J)

• F – intensidade da força (N)

• x – deslocamento do ponto de aplicação (m)

• cos - menor ângulo entre a força e o deslocamento

AF


Trabalho de forças

P

N

xF

y

x

yFJxPW

P090cos

JxNWN

090cos

Trabalho nulo – as forças não possuem componente na

direcção do movimento

JxFW yFy090cos

AF

Quando uma força actua na direcção perpendicular ao deslocamento, o trabalho por ela realizado é nulo. Não há transferência de energia.

v


Trabalho de forças

P

N

xF

y

x

yF

JxFW AFA0180cos

JxFW xFx00cos

Trabalho resistente – as forças actuam no sentido oposto ao do

movimento (diminuição da Emec do sistema)

AF

Trabalho potente – as forças actuam no sentido do movimento

(aumento da Emec do sistema; Fx é a força eficaz)

v


Trabalho de forças

P

NF

y

x

NPFFFtotal

NPFFtotal

Ftotal

WWWWWW

WWWWW

WW

Axy

A

res

De um modo geral

AF

v


Resumindo Sistemas Complexos – o estudo do movimento pode ser

simplificado recorrendo-se ao modelo da partícula material

É um sistema termodinâmico e mecânico, onde ocorrem transformações e transferências de energia que poderão conduzir quer a variações de energia

interna quer a variações de energia mecânica


Resumindo

í = úTransferida para os diversos

componentes mecânicos sob a forma de trabalho

Transferida para o exterior, sob a forma de calor ou radiação, não podendo ser

reaproveitada de forma útil

Aumentar a percentagem de energia útil aumentar o rendimento da máquina


Resumindo Modelo da Partícula Material - validade é determinada pelas

características do sistema e do movimento com que está animado

O centro de massa de um sistema é um ponto onde está concentrada toda a massa do sistema e onde são aplicadas todas

as forças, ou resultante de forças que atuam no sistema

P

NF

y

x

v

F

y

x

v


Resumindo Modelo da Partícula Material - validade é determinada pelas

características do sistema e do movimento com que está animado

Não tem validade se o sistema:• Sofrer deformações durante o seu movimento de translação• Possuir movimento de rotação

Sistemas mecânicos deverão ser rígidos e indeformáveis


Resumindo

Trabalho realizado pelas diversas forças constantes que atuamno centro de massa- permite determinar a quantidade de energiatransferida durante o processo.

Trabalho negativo – reconhece a existência de forças dissipativas que atuamdurante o movimento

Trabalho Mecânico – pode ser realizado sobre o sistema ou pelosistema e mede a energia transferida entre sistemas mecânicos.

Energia cinética macroscópica - associada à velocidade do sistema quese movimenta como um todo

Energia potencial macroscópica – associada à posição relativa dosistema em interacção com outro


Resumindo

Trabalho realizado por uma força constante que atua no centrode massa do sistema- permite determinar a quantidade de energiatransferida durante o processo.


Resumindo Trabalho realizado por uma força constante que atua no centro

de massa do sistema-


Resumindo Trabalho Potente e Resistente


Resumindo


Resumindo Trabalho realizado por mais de uma força

constante

Sentido movimento

Qual o trabalho realizado pelas forças que atuam no sistema?



constanteQual o trabalho realizado pelas forças que atuam no sistema?

1º Método• Calcular o trabalho de cada uma das forças• Fazer a sua soma algébrica• 2º Método• Calcular a força resultante que atua no sistema•• Determinar o trabalho da força resultante• . . cos



constante


Resumindo Representação Gráfica Trabalho realizado por

uma força constante

Trab

alho

Pot

ente

Rep

rese

ntaç

ão G

ráfic

a




Trabalho Nulo Representação Gráfica




Trabalho Resistente

Representação Gráfica


Resumindo Forças dissipativas

Trabalho Resistente

Representação Gráfica


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