Contente

• Passos
• Método 1 de 5: Calculando o Trabalho (J)
• Método 2 de 5: Calcule a energia (J) de uma determinada potência (W)
• Método 3 de 5: Calculando a energia cinética (J)
• Método 4 de 5: Calculando a Quantidade de Calor (J)
• Método 5 de 5: Calculando Energia Elétrica (J)
• Pontas
• Avisos
• O que você precisa

O joule (J) é uma das unidades mais importantes do Sistema Internacional de Unidades (SI). Joules medem trabalho, energia e calor. Para representar o resultado final em joules, use unidades SI.Se outras unidades de medida forem fornecidas na tarefa, converta-as em unidades de medida do Sistema Internacional de Unidades.

Passos

Método 1 de 5: Calculando o Trabalho (J)

1. 1 O conceito de trabalho em física. Se você mover a caixa, fará o trabalho. Se você levantar a caixa, terá feito o trabalho. Para que o trabalho seja realizado, duas condições devem ser atendidas:
   • Você está aplicando força constante.
   • Sob a ação da força aplicada, o corpo se move na direção da ação da força.
2. 2 Calcule o trabalho. Para fazer isso, multiplique a força e a distância (pela qual o corpo se moveu). No SI, a força é medida em newtons e a distância em metros. Se você usar essas unidades, o trabalho resultante será medido em joules.
   • Ao resolver problemas, determine a direção da força aplicada. Ao levantar a caixa, a força é direcionada de baixo para cima, mas se você pegar a caixa em suas mãos e caminhar uma certa distância, você não fará o trabalho - você está aplicando força para que a caixa não caia, mas esta força não move a caixa.
3. 3 Encontre o seu peso corporal. É necessário calcular a força que deve ser aplicada para mover o corpo. Considere um exemplo: calcule o trabalho realizado por um atleta ao levantar (do chão ao peito) uma barra de 10 kg.
   • Se o problema contiver unidades de medida não padronizadas, converta-as em unidades SI.
4. 4 Calcule a força. Força = massa x aceleração. Em nosso exemplo, levamos em consideração a aceleração da gravidade, que é igual a 9,8 m / s. A força que precisa ser aplicada para mover a barra para cima é 10 (kg) x 9,8 (m / s) = 98 kg ∙ m / s = 98 N.
   • Se o corpo se move em um plano horizontal, ignore a aceleração da gravidade. Talvez a tarefa exija o cálculo da força necessária para superar o atrito. Se a aceleração for dada no problema, basta multiplicar pela massa corporal fornecida.
5. 5 Meça a distância percorrida. Em nosso exemplo, digamos que a barra seja elevada a uma altura de 1,5 m. (Se unidades de medida não padrão forem fornecidas no problema, converta-as em unidades SI.)
6. 6 Multiplique a força pela distância. Para elevar uma barra de 10 kg de peso até a altura de 1,5 m, o atleta realizará trabalho igual a 98 x 1,5 = 147 J.
7. 7 Calcule o trabalho quando a força é direcionada em um ângulo. O exemplo anterior era bastante simples: as direções da força e do movimento do corpo coincidiam. Mas, em alguns casos, a força é direcionada em um ângulo para a direção de viagem. Considere um exemplo: calcule o trabalho realizado por uma criança puxando um trenó de 25 m com uma corda a 30 graus da horizontal. Nesse caso, trabalho = força x cosseno (θ) x distância. O ângulo θ é o ângulo entre a direção da força e a direção do movimento.
8. 8 Encontre a força total aplicada. Em nosso exemplo, digamos que a criança aplique uma força igual a 10 N.
   • Se o problema diz que a força é direcionada para cima, ou para a direita / esquerda, ou sua direção coincide com a direção do movimento do corpo, então para calcular o trabalho, basta multiplicar a força e a distância.
9. 9 Calcule a força correspondente. Em nosso exemplo, apenas uma fração da força total puxa o trenó para a frente. Como a corda é direcionada para cima (em um ângulo com a horizontal), outra parte da força total está tentando levantar o trenó. Portanto, calcule a força, a direção da qual coincide com a direção do movimento.
   • Em nosso exemplo, o ângulo θ (entre o solo e a corda) é 30º.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0,866. Encontre este valor usando uma calculadora; defina a unidade angular na calculadora para graus.
   • Multiplique a força total por cosθ. Em nosso exemplo: 10 x 0,866 = 8,66 N - esta é uma força cuja direção coincide com a direção do movimento.
10. 10 Multiplique a força correspondente pela distância para calcular o trabalho. Em nosso exemplo: 8,66 (H) x 20 (m) = 173,2 J.

Método 2 de 5: Calcule a energia (J) de uma determinada potência (W)

1. 1 Força e energia. A potência é medida em watts (W) e descreve a taxa de mudança, conversão, transmissão ou consumo de energia, que é medida em joules (J).Para calcular a energia (J) para uma dada potência (W), você precisa saber a duração.
2. 2 Para calcular a energia (J), multiplique a potência (W) pelo tempo (s). Um dispositivo com potência de 1 W consome 1 J de energia a cada 1 s. Por exemplo, vamos calcular a energia consumida por uma lâmpada de 60 W por 120 segundos: 60 (W) x 120 (s) = 7200 J
   • Esta fórmula é verdadeira para qualquer potência medida em watts, mas é mais comumente usada em tarefas que envolvem eletricidade.

Método 3 de 5: Calculando a energia cinética (J)

1. 1 A energia cinética é a energia do movimento. Pode ser expresso em joules (J).
   • A energia cinética é equivalente ao trabalho realizado para acelerar um corpo estacionário a uma determinada velocidade. Tendo atingido uma determinada velocidade, a energia cinética do corpo permanece constante até que seja convertida em calor (por fricção), energia potencial gravitacional (quando se move contra a gravidade) ou outros tipos de energia.
2. 2 Encontre o seu peso corporal. Por exemplo, calcule a energia cinética de uma bicicleta e de um ciclista. O ciclista pesa 50 kg e a bicicleta 20 kg, o que significa que o peso corporal total é de 70 kg (considere a bicicleta e o ciclista como um só corpo, pois se moverão na mesma direção e na mesma velocidade).
3. 3 Calcule a velocidade. Se a velocidade for fornecida no problema, vá para a próxima etapa; caso contrário, calcule-o usando um dos métodos abaixo. Observe que a direção da velocidade é desprezível aqui; além disso, suponha que o ciclista esteja dirigindo em linha reta.
   • Se o ciclista estava pedalando a uma velocidade constante (sem aceleração), meça a distância percorrida (m) e divida-a pelo (s) tempo (s) gasto (s) para cobrir essa distância. Isso lhe dará velocidade média.
   • Se o ciclista estava acelerando e o valor da aceleração e a direção do movimento não mudaram, então a velocidade em um determinado momento t é calculada pela fórmula: aceleração x t + velocidade inicial. O tempo é medido em segundos, a velocidade em m / s, a aceleração em m / s.
4. 4 Insira os valores na fórmula. Energia cinética = (1/2) mv, onde m é a massa, v é a velocidade. Por exemplo, se a velocidade de um ciclista é 15 m / s, então sua energia cinética K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kg ∙ m / s = 7875 N ∙ m = 7875 J
   • A fórmula para calcular a energia cinética é derivada da definição de trabalho (W = FΔs) e da equação cinemática (v = v₀ + 2aΔs, onde Δs é a distância percorrida).

Método 4 de 5: Calculando a Quantidade de Calor (J)

1. 1 Encontre a massa do corpo aquecido. Para fazer isso, use uma balança ou balança de mola. Se o corpo for um líquido, primeiro pese o recipiente vazio (no qual você colocará o líquido) para encontrar sua massa. Depois de pesar o líquido, subtraia a massa do recipiente vazio desse valor para encontrar a massa do líquido. Por exemplo, considere água pesando 500 g.
   • Para que o resultado seja medido em joules, a massa deve ser medida em gramas.
2. 2 Encontre o calor específico do corpo. Ele pode ser encontrado em um livro de química, física ou na internet. A capacidade térmica específica da água é de 4,19 J / g.
   • O calor específico varia ligeiramente com a temperatura e pressão. Por exemplo, em algumas fontes, a capacidade térmica específica da água é 4,18 J / g (uma vez que fontes diferentes escolhem valores diferentes da "temperatura de referência").
   • A temperatura pode ser medida em graus Kelvin ou Celsius (já que a diferença entre as duas temperaturas será a mesma), mas não em graus Fahrenheit.
3. 3 Encontre sua temperatura corporal inicial. Se o corpo for líquido, use um termômetro.
4. 4 Aqueça o corpo e encontre sua temperatura final. Dessa forma, você pode encontrar a quantidade de calor transferida para o corpo quando ele é aquecido.
   • Se você quiser encontrar a energia total convertida em calor, considere a temperatura corporal inicial como zero absoluto (0 Kelvin ou -273,15 Celsius). Isso geralmente não se aplica.
5. 5 Subtraia a temperatura corporal inicial da temperatura final para encontrar a mudança na temperatura corporal. Por exemplo, a água é aquecida de 15 graus Celsius a 35 graus Celsius, ou seja, a mudança na temperatura da água é de 20 graus Celsius.
6. 6 Multiplique o peso corporal, seu calor específico e a mudança na temperatura corporal. Fórmula: H = mcΔT, onde ΔT é a mudança de temperatura. Em nosso exemplo: 500 x 4,19 x 20 = 41,900 J
   • O calor às vezes é medido em calorias ou quilocalorias. Calorias são a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama de água em 1 grau Celsius; quilocalorias é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 kg de água em 1 grau Celsius. No exemplo acima, seriam necessárias 10.000 calorias ou 10 kcal para elevar a temperatura de 500 gramas de água em 20 graus Celsius.

Método 5 de 5: Calculando Energia Elétrica (J)

1. 1 Isso descreve um método para calcular o fluxo de energia em um circuito elétrico. Um exemplo prático é dado com base no qual se pode resolver problemas físicos. Para começar, vamos calcular a potência de acordo com a fórmula P = I x R, onde I é a intensidade da corrente (A), R é a resistência (Ohm). Você encontrará a potência (W) com a qual você pode calcular a energia (J) (consulte o segundo capítulo).
2. 2 Pegue um resistor. O valor da resistência (Ohm) do resistor é indicado por um número ou marcação com código de cores. Você também pode determinar a resistência do resistor conectando-o a um ohmímetro ou multímetro. Por exemplo, vamos pegar um resistor de 10 ohms.
3. 3 Conecte o resistor à fonte de corrente. Para fazer isso, use clipes de crocodilo ou um suporte experimental com um circuito elétrico.
4. 4 Passe uma corrente pelo circuito por um certo tempo. Por exemplo, faça isso por 10 segundos.
5. 5 Determine a amperagem. Para fazer isso, use um amperímetro ou multímetro. Por exemplo, a corrente é 100 mA = 0,1 A.
6. 6 Calcule a potência (W) usando a fórmula P = I x R. Em nosso exemplo: P = 0,1 x 10 = 0,01 x 10 = 0,1 W = 100 mW
7. 7 Multiplique a potência e o tempo para encontrar a energia (J). Em nosso exemplo: 0,1 (W) x 10 (s) = 1 J.
   • Como 1 joule é um valor pequeno e a potência dos aparelhos elétricos é indicada em watts, miliwatts e quilowatts, no setor habitacional e comunitário, a energia é geralmente medida em quilowatt-hora. Se 1 W = 1 J / s, então 1 J = 1 W ∙ s; se 1 kW = 1 kJ / s, então 1 kJ = 1 kW ∙ s. Como 1 h = 3600 s, então 1 kW ∙ h = 3600 kW ∙ s = 3600 kJ = 3600000 J.

Pontas

• Em SI, energia e trabalho também são medidos em ergs. 1 erg = 1 dine (unidade de medida de força) x 1 cm. 1 J = 10.000.000 erg.

Avisos

• O joule e o metro newton são unidades de medida de trabalho. Os Joules medem a energia e o trabalho realizado quando um corpo se move em linha reta. Se o corpo girar, a unidade de medida é newton-metro.

O que você precisa

Trabalho e energia cinética:

• Cronômetro ou cronômetro
• escalas
• Calculadora cosseno

Energia elétrica:

• Resistor
• Fios ou suporte experimental
• Multímetro (ou ohmímetro e amperímetro)
• Clipes de crocodilo

Quantidade de calor:

• Corpo aquecido
• Fonte de calor (por exemplo, queimador)
• Termômetro
• Manual para determinar o calor específico de um corpo aquecido