2 – Energia em movimentos
Propaganda
2 – Energia em movimentos Lei da conservação de energia Se se considerar todas as contribuições energéticas, macroscópicas e microscópicas, total p macroscópica c macroscópica Sistema isolado 2 Dulce Campos 12-05-2011 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; 3 Dulce Campos 12-05-2011 Sistemas complexos • O estudo de um sistema mecânico é feito tendo em conta: • Energia cinética macroscópica • Energia potencial gravítica total p macroscópica c macroscópica desprezável do ponto de vista macroscópico 4 Dulce Campos 12-05-2011 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 5 Dulce Campos 12-05-2011 Sistemas complexos • Em sistemas complexos podem ocorrer dissipações de energia (energia útil é sempre menor que a energia total fornecida ao sistema) Energia cinética das rodas Energia química do combustível Gases de escape 6 Sistemas de arrefecimento Aquecimento Dulce Campos do motor Atrito aerodinâmico, nas partes móveis e no solo 12-05-2011 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; 7 Dulce Campos 12-05-2011 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 8 p macroscópica c macroscópica Dulce Campos 12-05-2011 Sistemas mecânicos. Modelo da partícula material • 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 9 p macroscópica c macroscópica Dulce Campos 12-05-2011 Sistemas mecânicos. Modelo da partícula material • Para simplificar o estudo dos movimentos de translação e rotação macroscópicos usa-se uma representação; MODELO DO CENTRO DE MASSA 10 Dulce Campos 12-05-2011 Sistemas mecânicos. Modelo da partícula material • O modelo é muito útil para descrever movimentos de translação; • Para se aplicar o modelo são feitas as aproximações: 11 • 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; Dulce Campos 12-05-2011 Referenciais e representação de forças • Para descrever movimento recorre-se a referenciais, onde se representam as forças aplicadas aos corpos; 12 Dulce Campos 12-05-2011 Referenciais e representação de forças y FA • P – peso do corpo N • N – reacção normal F x P • FA – força de atrito • F – força aplicada • A força resultante corresponde à soma vectorial das forças aplicadas no corpo; • Fres = F – FA = m x a 13 Dulce Campos 12-05-2011 Referenciais e representação de forças y y N Fy F N x Fx P x P • As forças podem ser “decompostas” nos eixos do referencial Fx F cos 14 Fy F sin Dulce Campos 12-05-2011 Referenciais e representação de forças y Fy M.R.U. a = 0 m/s2 N Fx P x • N + Fy = P, ou seja, ay = 0, porque o corpo não se desloca na vertical; • Fx = F res = m x ax 15 Repouso Dulce Campos 12-05-2011 Trabalho de forças • Em sistemas mecânicos, há transferência de energia através da aplicação de forças que realizam trabalho. y Fy N Fx P x • 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 deslocamento do ponto de aplicação da força; 16 Dulce Campos 12-05-2011 Trabalho de forças Onde há realização de “trabalho”? 17 Dulce Campos 12-05-2011 Trabalho de forças WF F x cos y FA Fy N onde • W – trabalho realizado pela força (J) Fx P x • F – intensidade da força (N) • x – deslocamento do ponto de aplicação (m) • cos - menor ângulo entre a força e o deslocamento 18 Dulce Campos 12-05-2011 Trabalho de forças WF Fy x cos 90 0 J y y FA Fy WP P x cos 90 0 J v N WN N x cos 90 0 J Fx P x Trabalho nulo – as forças não possuem componente na direcção do movimento Quando uma força actua na direcção perpendicular ao deslocamento, o trabalho por ela realizado é nulo. Não há transferência de energia. 19 Dulce Campos 12-05-2011 Trabalho de forças WF FA x cos180 0 J y FA Fy A v N Fx P 20 x Trabalho resistente – as forças actuam no sentido oposto ao do movimento (diminuição da Emec do sistema) WF Fx x cos 0 0 J x Trabalho potente – as forças actuam no sentido do movimento (aumento da Emec do sistema; Fx é a força eficaz) Dulce Campos 12-05-2011 Trabalho de forças y v N F FA De um modo geral Wtotal WF res x Wtotal WF WF WP W N A P 21 Wtotal WF WF WF WP W N y Dulce Campos x A 12-05-2011 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 22 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo í Transferida para os diversos componentes mecânicos sob a forma de trabalho = ú 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 23 Dulce Campos 12-05-2011 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 y y v N F F x x P 24 v Dulce Campos 12-05-2011 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 25 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Trabalho realizado pelas diversas forças constantes que atuam no centro de massa- permite determinar a quantidade de energia transferida durante o processo. Trabalho negativo – reconhece a existência de forças dissipativas que atuam durante o movimento Trabalho Mecânico – pode ser realizado sobre o sistema ou pelo sistema e mede a energia transferida entre sistemas mecânicos. 26 Energia cinética macroscópica - associada à velocidade do sistema que se movimenta como um todo Energia potencial macroscópica – associada à posição relativa do sistema em interacção com outro Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Trabalho realizado por uma força constante que atua no centro de massa do sistema- permite determinar a quantidade de energia transferida durante o processo. 27 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Trabalho realizado por uma força constante que atua no centro de massa do sistema- 28 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Trabalho Potente e Resistente 29 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo 30 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Trabalho realizado por mais de uma força constante Sentido movimento Qual o trabalho realizado pelas forças que atuam no sistema? 31 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Trabalho realizado por mais de uma força constante Qual 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 • 32 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Trabalho realizado por mais de uma força constante 33 Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo 34 Representação Gráfica Representação Gráfica Trabalho realizado por uma força constante Trabalho Potente Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Representação Gráfica Trabalho realizado por uma força constante Trabalho Nulo 35 Representação Gráfica Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Representação Gráfica Trabalho realizado por uma força constante Trabalho Resistente 36 Representação Gráfica Dulce Campos 12-05-2011 Resumindo Forças dissipativas Trabalho Resistente 37 Representação Gráfica Dulce Campos 12-05-2011
