Conceitos Fundamentais de Física: Trabalho, Energia e Leis de Newton

Trabalho Mecânico na Física

Na Física, o termo *trabalho* é utilizado para descrever o trabalho realizado por uma força, também conhecido como Trabalho Mecânico. Uma força aplicada a um corpo realiza trabalho quando produz um deslocamento nesse corpo.

A unidade de Trabalho no Sistema Internacional (SI) é o *Joule* (J).

• Quando uma força tem a mesma direção do movimento, o trabalho realizado é *positivo* (T > 0).
• Quando uma força tem direção oposta ao movimento, o trabalho realizado é *negativo* (T < 0).

Exemplo de Cálculo de Trabalho Mecânico

Qual o trabalho realizado por uma força aplicada a um corpo de massa 5kg que causa uma aceleração de 1,5m/s² e se desloca por uma distância de 100m?

Energia Cinética: Conceito e Aplicação

É a energia associada ao movimento dos corpos. Resulta da transferência de energia do sistema que coloca o corpo em movimento.

Sua equação é dada por:

Energia Potencial Gravitacional: Definição e Cálculo

É a energia que corresponde ao trabalho realizado pela força Peso.

É obtida quando consideramos o deslocamento de um corpo na vertical, tendo como origem um nível de referência (solo, chão de uma sala, etc.).

Enquanto o corpo cai, ele se torna mais rápido, ou seja, ganha Energia Cinética. Conforme a altura diminui, ele perde Energia Potencial Gravitacional.

Primeira Lei de Newton: Lei da Inércia

Também chamada de Lei da Inércia.

Na ausência de forças, um corpo em repouso continua em repouso, e um corpo em movimento continua em movimento retilíneo uniforme (MRU).

Exemplos da Primeira Lei de Newton

• Quando uma pessoa está dentro de um ônibus em movimento e, de repente, o ônibus freia bruscamente, ela tende a ser “empurrada” para a direção em que o ônibus estava se movendo.
• Quando um foguete espacial fica livre de ações gravitacionais significativas do resto do universo, seus motores são desligados. No entanto, devido à inércia, o foguete espacial mantém sua velocidade constante.
• Quando andamos a cavalo e o animal dá um “arranque”, nosso corpo tende a manter seu estado de repouso, sendo projetado na direção inversa à do movimento do cavalo. Da mesma forma, quando o cavalo para de repente, nosso corpo tende a continuar o movimento, sendo projetado para a frente.

Segunda Lei de Newton: Princípio Fundamental da Dinâmica

Também chamada de Princípio Fundamental da Dinâmica.

Se existe a ação de forças ou a resultante das forças atuantes sobre um corpo não é nula, ele sofrerá uma aceleração inversamente proporcional à sua massa.

Exemplos da Segunda Lei de Newton

• Se o carrinho do supermercado estiver vazio, é muito fácil fazê-lo acelerar. Mas se o carrinho estiver cheio, é necessário um esforço muito maior para fazê-lo andar.
• O peso das pessoas é medido em balanças. Quanto maior a massa da pessoa, maior é a força peso (P = m × g) e maior é a deflexão que a força peso exerce em uma mola. Essa mola, por sua vez, está acoplada a um ponteiro.

Terceira Lei de Newton: Ação e Reação

Se um corpo A aplicar uma força sobre um corpo B, receberá deste uma força de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto à força que aplicou em B.

Exemplos da Terceira Lei de Newton

• Imagine um corpo em queda livre. O peso (P = m × g) deste corpo é a força exercida pela Terra sobre ele. A reação a essa força é a força que o corpo exerce sobre a Terra, P' = -P. A força de reação, P', deve acelerar a Terra em direção ao corpo, assim como a força de ação, P, acelera o corpo em direção à Terra. Entretanto, como a Terra possui uma massa muito superior à do corpo, sua aceleração é muito inferior àquela do corpo (veja a Segunda Lei).
• Prendem-se dois ímãs a dois carrinhos e, em seguida, colocam-se os dois carrinhos sobre uma superfície plana e horizontal de forma que os polos norte dos dois ímãs fiquem voltados um para o outro. Ao soltar os dois carrinhos, observa-se que eles começam a se mover com movimentos acelerados, afastando-se um do outro. Esse fato ocorre porque o ímã 1 exerce sobre o ímã 2 uma força, enquanto o ímã 2 também exerce outra força sobre o ímã 1, e essas forças têm sentidos opostos.
• Com um pedaço de barbante, liga-se um carrinho ao outro e, em seguida, colocam-se os dois carrinhos (com os ímãs presos a eles, como no caso da figura 1) sobre uma superfície plana e horizontal. Ao soltar os dois carrinhos, observa-se que eles permanecem em repouso.