Trabalho: Transferências de Energia entre corpos


Quando o professor fala em trabalho, qual é a primeira ideia que lhe vem a cabeça? Com certeza você pensa que se deve tratar de uma pesquisa, ou imagina que essa palavra refere-se à situação de sair de casa para trabalhar (ocupação, ofício, profissão). Entretanto, em Física a definição de trabalho é um pouco diferente do conceito que temos sobre esse assunto.

Transferências de Energia entre corpos

Qual a definição de trabalho, em Física?

Para verificar isso, vamos considerar como exemplo uma prova de atletismo. Observe a figura que mostra uma prova de atletismo, que nada mais é do que a prática de exercícios des­portivos. Você acha que o esforço físico que é feito pelos atletas na corrida está relacionado à realização de trabalho? Se você respondeu que sim, está pensando de maneira correta. Para que o atleta possa correr, ele precisa ter uma certa quantidade de energia armazenada, que é adquirida por meio de alimentação e do treinamento. Desse modo, ele adquire uma força suficiente para percorrer uma certa distância, reali­zando assim um trabalho.

Outros exemplos relacionados a trabalho aparecem no cotidiano e também estão associados à ideia de esforço físico. Todas as figuras a seguir estão relacionadas à realização de um trabalho com esforço. Analise-as com atenção. Você já aprendeu que existe uma diferença entre o trabalho como ocupação ou profissão e a definição de trabalho no sentido físico, que nada mais é do que a medida da quantidade de energia transferida de um corpo para outro, ou a energia transformada, por meio da aplicação de uma força que, enquanto aplicada a ele, é responsável pelo deslo­camento do corpo.

As usinas hidrelétricas são um exemplo dessas transferências e transformações de energia que ocorrem em nosso cotidiano. A água que chega a nossas casas passa por uma série de etapas de transformação de energia. A energia transferida de um corpo para outro ou trans­formada de uma forma para outra, como visto no exemplo, pode ser medida por meio do trabalho de uma força, em que essa força está deslocando seu ponto de aplicação. Desse modo, quanto maior for o deslocamento do ponto de aplicação e a intensidade da força, maior será a variação de energia. Em todas as situações em que a energia muda de forma, devemos sempre procurar a força responsável por isso.

Nem sempre a força estará na mesma direção ou no mesmo sentido do deslocamento (movimento). Para poder entender a questão formulada anteriormen­te, leia o texto a seguir.

A direção da força e do deslocamento no cálculo do trabalho tem alguma influência no seu valor? Para que você possa calcular o trabalho, é necessário considerar uma última condição. Precisamos, agora, obter uma forma de calcular o tra­balho de uma força. Fica claro que na definição de traba­lho deve ser incluído o próprio valor da força, pois quanto maior a força, maior será o trabalho.

Para entender como isso funciona, realize uma experiên­cia bem simples: pegue uma mesa ou carteira e empurre-a com força constante paralelamente ao chão, deslocando-a para frente. Ao fazê-lo, você vai observar que o deslocamento se dá na mesma direção da força. Nesse caso, o trabalho é definido como o produto da força aplicada ao corpo que atua na mesma direção do deslocamento, pelo deslocamen­to realizado.

af = trabalho da força
F = força aplicada ao corpo
Ax = deslocamento

No Sistema Internacional de Medidas (SI), no qual a força é medida em newtons e o deslocamento em metros, convencionou-se designar o trabalho em joule (J), que representa o produto de uma força de l N por um desloca­mento de l metro, em homenagem ao cientista inglês James Prescott Joule, que determinou, entre outras coisas, o equivalente mecânico do calor. Mas, se, em vez de ter aplicado a força paralela ao chão, ela estivesse inclinada, será o trabalho realizado cor esta forca mudaria?

No primeiro caso, o carrinho está se movimentando da mesma maneira que a sua mesa ou cadeira, quando você aplicou sobre ela uma força paralela ao seu deslocamento, realizando sobre o objeto um trabalho. No outro caso, o trabalho é realizado com uma força de mesmo valor, porém, inclinada.
Em qual das situações você acha que o trabalho será maior?

Realize esta experiência com o carrinho, aplican­do uma força paralela ao seu deslocamento e outra inclinada. Você deve ter observado que à medida que você incli­na a direção da força em relação ao deslocamento, diminui a capacidade de gerar trabalho e, em consequência, de transferir energia para o carrinho. A seguir, aplique uma força perpendicular sobre o carrinho, isto é, a força forma um ângulo de 90° com a horizontal, à direção do desloca­mento.

É possível afirmar que vai haver trabalho sendo reali­zado? Se você pensou em responder que não há trabalho sen­do realizado, você está com toda razão, pois não existe des­locamento na horizontal. Pensando dessa forma, fica fácil entender por que o trabalho é menos eficiente em transferir energia para os corpos quando a força está inclinada em relação ao deslo­camento. Isso ocorre porque só parte dessa energia realiza trabalho.

Observe que a força paralela executa um trabalho, que no caso é positivo, enquanto a perpendicular não executa trabalho algum, pois não age na mesma direção do deslo­camento. Uma vez que na equação que foi definida anteriormen­te não se levou em consideração a inclinação da força, vamos fazê-lo a partir de agora, recordando o que já foi estudado sobre o assunto, ou seja, a força e o deslocamento são grandezas vetoriais e a força pode ser decomposta, uma paralela ao deslocamento, Fx, e outra perpendicular ao deslocamento, Fy.

A partir dessas informações e da análise da figu­ra abaixo, demonstre a equação que calcula o trabalho quando a direção da força varia. Você observou no texto anterior, o trabalho que esta força realiza é positivo e denomina-se trabalho-motor ou potente.

•         Se uma força atua sobre um corpo e ele não sofre deslocamento, o trabalho que ele realiza é nulo. Ainda que a força e o deslocamento formem um ângulo de 90°, isto é, se a força for perpendicular ao deslocamento, o trabalho também será nulo.

•         Se o ângulo formado entre F e Ax for obtuso(90° < 0 < 180°), a força estará agindo desfavora­velmente ao deslocamento. Nesse caso, o trabalho será negativo ou resistente.