Contente

• Dar um passo
• Parte 1 de 3: Determinando o trabalho em uma dimensão
• Parte 2 de 3: Encontrando trabalho quando a força é aplicada de um ângulo
• Parte 3 de 3: Use um valor para o trabalho
• Pontas

Na física, "trabalho" significa algo muito diferente da linguagem cotidiana. Mais precisamente, o termo "trabalho" é usado quando uma força física faz com que um objeto se mova. Em geral, quanto maior o deslocamento de uma determinada força, mais trabalho foi realizado. Você pode calcular o trabalho com a fórmula Trabalho = F × D × cos (θ), onde F = força (em newtons), D = deslocamento (em metros) e θ = o ângulo entre o vetor força e a direção do movimento.

Dar um passo

Parte 1 de 3: Determinando o trabalho em uma dimensão

1. Determine a direção da força e a direção do movimento. Para começar, é importante determinar a direção da força e a do objeto. Lembre-se de que os objetos nem sempre se movem na mesma direção da força aplicada a eles; por exemplo, se você puxar um pequeno carrinho pela alça, você aplica uma força diagonal sobre ele (se você for mais alto do que o carrinho) para movê-lo para frente.Nesta parte, estamos lidando com situações em que força e movimento "vão" na mesma direção. Para obter informações sobre como calcular a mão de obra se "não" for esse o caso, leia mais abaixo.
   • Para tornar isso transparente, resolveremos o seguinte problema. Suponha que um trem de brinquedo seja puxado por uma locomotiva. Nesse caso, tanto o vetor de força quanto a direção do movimento do trem são iguais; frente. Nas próximas etapas, usaremos essas informações para calcular o trabalho realizado pela locomotiva.
2. Determine o movimento do objeto. A primeira variável de que precisamos para a fórmula de trabalho é D, ou deslocamento, que geralmente é fácil de encontrar. O deslocamento é a distância em que um objeto é movido em linha reta. No caso de problemas científicos, essa informação geralmente é fornecida, ou é possível deduzi-la dos dados. No mundo real, você pode encontrar o deslocamento medindo a distância entre os pontos inicial e final (não ao longo do caminho percorrido, mas "em linha reta").
   • A distância deve ser exibida em metros (unidade SI).
   • Em nosso exemplo do trem, determinamos o trabalho executado no trem conforme ele se move ao longo dos trilhos. Se o ponto de partida for definido em 0 e o ponto final em 2 metros, então assumimos que o deslocamento D é igual a 2 metros.
3. Determine a força exercida no objeto. Em seguida, determine a magnitude da força usada para mover o objeto. Esta é uma medida do "tamanho" da força; quanto maior a força, maior será a aceleração do objeto. Se a magnitude da força não for dada, você pode deduzi-la da massa e da aceleração do objeto (assumindo que não há outras forças a serem consideradas) de acordo com a fórmula F = M x A.
   • Observe que a unidade de força é Newton.
   • Suponha que não saibamos a magnitude da força neste exemplo. Mas sabemos que a massa do trem é igual a 0,5 kg e que a força faz com que ele acelere a 0,7 m / s. Neste caso, podemos encontrar o tamanho usando M x A = 0,5 x 0,7 = 0,35 Newtons.
4. Multiplique a força pela distância. Se você conhece a magnitude da força sobre o objeto e a distância que foi movida, o resto é fácil. Multiplique esses dois valores para encontrar o trabalho.
   • Agora é hora de corrigir o problema real. Com um valor de força de 0,35 Newtons e um valor de deslocamento de 2 metros, a resposta torna-se: 0,35 × 2 = 0,7 joules.
   • Você deve ter notado que na fórmula indicada na introdução, há uma parte adicional: cos (θ). Conforme indicado acima, a força e a direção do movimento são as mesmas. Isso significa que o ângulo entre eles é igual a 0. Como cos (0) = 1, não precisamos do ângulo, porque ele é igual a 1.
5. Dê a resposta em joules. Na física, entre outras coisas, o trabalho é quase sempre expresso em joules. 1 Joule é definido como 1 Newton aplicado a 1 metro, ou seja, 1 Newton × metro. Isso faz sentido porque você multiplica uma distância pela força e, portanto, expressa isso em Nm.
   • Observe que há uma expressão alternativa para joules; 1 Watt por segundo. Veja abaixo uma discussão mais detalhada sobre poder em relação ao trabalho.

Parte 2 de 3: Encontrando trabalho quando a força é aplicada de um ângulo

1. Determine a força e o deslocamento como de costume. Acima abordamos um problema sobre o trabalho, onde o objeto e a força vão na mesma direção. Na realidade, nem sempre é esse o caso. Nos casos em que a força e o movimento do objeto são opostos, você deve levar em consideração a diferença entre os dois e fatorá-la no cálculo para obter o resultado correto. Para começar, encontre a magnitude da força e do deslocamento do objeto como de costume.
   • Vamos dar uma olhada em outro exemplo. Nesse caso, dizemos que estamos puxando o trem como no exemplo anterior, mas a força de tração é direcionada para cima em um ângulo. Na próxima etapa, levamos isso em consideração, mas agora nos limitaremos ao básico: o deslocamento do trem e a magnitude da força no trem. Suponha que a força tenha uma magnitude de 10 newtons e que o deslocamento é igual novamente 2 metros, como antes.
2. Agora determine o ângulo entre a direção da força e o deslocamento. Ao contrário dos exemplos descritos acima, agora é necessário determinar a diferença entre as duas direções, expressa no ângulo. Se essa informação não for fornecida, você pode medi-la ou deduzi-la de outras informações que você possui.
   • Em nosso problema de exemplo, afirmamos que a força é aplicada de um ângulo de 60 à horizontal. Se o trem ainda está se movendo horizontalmente, o ângulo entre o movimento do trem e a força é igual a 60.
3. Multiplique a força F vezes o deslocamento D vezes o ângulo cos (θ). Depois de saber o deslocamento, a força e o ângulo (entre o vetor e o movimento), a solução é quase tão fácil quanto sem levar em consideração o ângulo. Basta pegar o cos do ângulo (você provavelmente precisará de uma calculadora para isso) e multiplicá-lo pela força e pelo deslocamento para encontrar sua resposta (em joules).
   • Agora vamos resolver o problema de amostra. Usando uma calculadora, determinamos que cos 60 é igual a 1/2. Insira isso na fórmula e então podemos resolver: 10 Newton × 2 metros × 1/2 = 10 joules.

Parte 3 de 3: Use um valor para o trabalho

1. Você também pode inverter a fórmula para encontrar a distância, força ou ângulo. É claro que a fórmula dada acima é útil não apenas para encontrar trabalho, mas também, se for dado trabalho, para encontrar as outras variáveis ​​da mesma fórmula. Nestes casos, você apenas isola a variável que deseja calcular e resolver de acordo com princípios algébricos simples.
   • Suponha que saibamos que o trem está sendo puxado com uma força de 20 Newtons em um ângulo e está se movendo ao longo da linha por uma distância de 5 metros, fazendo 86,6 joules de trabalho. No entanto, não sabemos o ângulo em que a força atua sobre o objeto. Para corrigir isso, separamos a variável e trabalhamos assim:

     86,6 = 20 × 5 × cos (θ)

     86,6 / 100 = cos (θ)

     arccos (0,866) = θ = 30

2. Divida pelo tempo que o movimento levou para encontrar a habilidade. O trabalho está diretamente relacionado à "riqueza". O poder é simplesmente uma forma de expressar até que ponto o trabalho é feito dentro de um determinado sistema ao longo do tempo que levou. Assim, para encontrar a habilidade, basta dividir o trabalho realizado para mover o objeto pela duração do movimento. A potência é expressa na unidade de Watt (igual a joules por segundo).
   • Usando o exemplo acima, suponha que levou 12 segundos para mover o trem por 5 metros. Nesse caso, dividimos o trabalho realizado (86,6 joules) pelo tempo (12 segundos) para encontrar a resposta. Portanto, a potência é: 86,6 / 12 = "7,22 watts.
3. Use a fórmula TME_eu + W_nc = TME_f para encontrar a energia mecânica de um sistema. O trabalho também pode ser usado para determinar a energia de um sistema específico. Na fórmula acima, TME_eu = é o inicial energia mecânica total dentro do sistema, TME_f = o final energia mecânica total dentro do sistema e W._nc = o trabalho realizado no sistema por causa de forças não conservativas.Nesta fórmula, se a força se move na direção do deslocamento, então é positiva, e se opõe, é negativa. Observe que ambas as variáveis ​​de energia podem ser encontradas com a fórmula (½) mv onde m = massa ev = volume.
   • Por exemplo, no problema de exemplo duas etapas anteriores, podemos supor que o trem, em princípio, tinha uma energia mecânica total de 100 joules. Como a força neste exemplo está puxando o trem, na direção do movimento, ela é positiva. A energia do trem é TME_eu + W_nc = 100 + 86,6 = 186, joule.
   • Observe que as forças não conservativas são aquelas em que a potência necessária para acelerar um objeto depende do caminho do objeto. O atrito é um bom exemplo; um objeto empurrado por um caminho curto e reto até um ponto experimentará, em média, menos atrito do que um objeto empurrado por um caminho mais longo e sinuoso até o mesmo ponto final do caminho curto.

Pontas

• Se você conseguir resolver um problema, sorria e dê um tapinha nas costas!
• Faça tantos exercícios quanto possível, com os quais você aprende a entender o assunto.
• Continue praticando e tente novamente se não funcionar da primeira vez.
• Aprenda os seguintes pontos sobre o trabalho:
  • O trabalho de parto pode ser positivo ou negativo. (Aqui, queremos dizer o significado físico de positivo e negativo, não o significado literal.)
  • O trabalho é negativo se a força for oposta à direção do deslocamento.
  • O trabalho é positivo se a força for igual à direção do deslocamento.