Grade 10
  1. Mecânica  1.1. Dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração  1.1.6. Representação gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Movimento projetil  1.1.10. Velocidade relativa  1.2. Dinâmica  1.2.1. Leis do Movimento de Newton  1.2.2. Inércia e massa  1.2.3. Força e seus tipos  1.2.4. força de ação e reação  1.2.5. Fricção e seus efeitos  1.2.6. Coeficiente de atrito  1.2.7. Movimento circular  1.2.8. Força centrípeta e aceleração centrípeta  1.2.9. Momento e Impulso  1.2.10. Conservação do momento  1.2.11. A terceira lei de Newton e aplicações  1.3. Trabalho, Energia e Potência  1.3.1. Trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema do trabalho–energia  1.3.3. Energia cinética  1.3.4. Energia potencial  1.3.5. Energia Mecânica  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.3.8. Renewable and non-renewable energy sources  1.4. Força gravitacional  1.4.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional e intensidade do campo  1.4.3. Aceleração da gravidade em diferentes planetas  1.4.4. As leis do movimento planetário de Kepler  1.4.5. Órbitas e satélites  1.4.6. Peso e peso aparente  1.4.7. Energia potencial gravitacional
  2. Properties of matter  2.1. Estados da Matéria  2.1.1. Sólido, líquido e gás  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Forças intermoleculares  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose–Einstein  2.2. Pressão  2.2.1. Definição de Pressão  2.2.2. Pressão em líquidos  2.2.3. Pressão atmosférica  2.2.4. Princípio de Pascal  2.2.5. Princípio de Arquimedes e Flutuabilidade  2.2.6. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Elasticidade  2.3.1. Lei de Hooke  2.3.2. Tensão e deformação  2.3.3. Limite de Elasticidade e Módulo de Elasticidade  2.3.4. Aplicações da Elasticidade
  3. Física térmica  3.1. calor e temperatura  3.1.1. Diferença Entre Calor e Temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Expansão térmica  3.1.4. Equilíbrio térmico  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condutividade  3.2.2. Convecção  3.2.3. Radiação  3.2.4. Isolamento e suas aplicações  3.3. Propriedades térmicas da matéria  3.3.1. Capacidade térmica específica  3.3.2. Calor latente e mudança de fase  3.3.3. Ponto de Ebulição e Fusão  3.3.4. Motores térmicos e refrigeração  3.4. Laws of Thermodynamics  3.4.1. Lei zero da termodinâmica  3.4.2. Primeira lei da termodinâmica  3.4.3. Segunda lei da termodinâmica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas e óptica  4.1. A natureza e as propriedades das ondas  4.1.1. Tipos de ondas na natureza e propriedades das ondas  4.1.2. Ondas transversais e longitudinais  4.1.3. Parâmetros das ondas  4.1.4. Reflexão e refração de ondas  4.1.5. Superposição e Interferência  4.1.6. Ondas estacionárias e ressonância  4.1.7. Efeito Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características das ondas sonoras  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Aplicações das ondas sonoras  4.2.4. Ultrassom e seus usos  4.3. Ondas de Luz e Óptica  4.3.1. Natureza da luz  4.3.2. Reflexão da luz  4.3.3. Leis da reflexão  4.3.4. Espelhos e Formação de Imagens  4.3.5. Refração da luz  4.3.6. Lei de Snell  4.3.7. Lentes e Formação de Imagens  4.3.8. Reflexão interna total e ângulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Optical Instruments  4.4.1. Microscópio  4.4.2. Telescope  4.4.3. Olho humano e defeitos de visão  4.4.4. Câmera e seu princípio de funcionamento
  5. Eletricidade e Magnetismo  5.1. Eletrostática  5.1.1. Electric charge and its properties  5.1.2. Condutores e Isolantes  5.1.3. Lei de Coulomb  5.1.4. Campo elétrico e linhas de campo  5.1.5. Potencial elétrico e diferença de potencial  5.1.6. Capacitores e Capacitância  5.2. Eletricidade Corrente  5.2.1. Corrente elétrica e sua medição  5.2.2. Lei de Ohm  5.2.3. Resistência e resistividade  5.2.4. Circuitos em Série e Paralelos  5.2.5. Energia e potência elétrica  5.2.6. Leis de Kirchhoff  5.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  5.3.1. Campo magnético e linhas de campo  5.3.2. Efeitos magnéticos da corrente elétrica  5.3.3. Indução eletromagnética  5.3.4. Leis de Faraday da indução eletromagnética  5.3.5. Transformadores e Aplicações  5.3.6. Corrente AC e DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estrutura do átomo  6.1.2. Modelo atômico de Bohr  6.1.3. Níveis de Energia dos Elétrons  6.1.4. Raios-X e aplicações  6.2. Radioatividade  6.2.1. Tipos de radiação  6.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  6.2.3. Reações nucleares e aplicações  6.2.4. Fissão e Fusão  6.3. Física quântica  6.3.1. Dualidade onda-partícula  6.3.2. Efeito Fotoelétrico  6.3.3. Quantização de energia  6.3.4. Princípio da incerteza de Heisenberg
  7. Eletrônica e Comunicação  7.1. Semicondutores  7.1.1. Condutores, Isolantes e Semicondutores  7.1.2. Diodos e suas aplicações  7.1.3. Transistores e Portas Lógicas  7.1.4. LEDs e fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicação  7.2.1. Noções básicas de comunicação  7.2.2. Analog and digital signals  7.2.3. Comunicação sem fio e por fibra óptica  7.2.4. Ondas de Rádio e Modulação

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Trabalho realizado pela força


O trabalho é um conceito fundamental na física que descreve como a energia é transferida quando uma força é aplicada a um objeto. Na sua forma mais simples, o trabalho realizado é o produto da força aplicada a um objeto e a distância percorrida pelo objeto na direção da força. No campo da mecânica, entender o trabalho é importante porque estabelece a base para conceitos mais complexos, como energia e potência.

Definição básica de trabalho

O trabalho é realizado quando uma força coloca um objeto em movimento. Para realizar trabalho em um objeto, algum componente da força deve agir na direção do movimento. Se uma força é aplicada mas o objeto não se move, nenhum trabalho é realizado. Da mesma forma, se houver movimento mas a força atuar perpendicularmente à direção do movimento, nenhum trabalho é realizado também.

Fórmula do trabalho

A expressão matemática do trabalho realizado por uma força é dada pela seguinte equação:

Trabalho (W) = Força (F) × Distância (d) × cos(θ)

Onde:

  • W é o trabalho realizado pela força, medido em joules (J).
  • F é a magnitude da força aplicada, medida em newtons (N).
  • d é a distância percorrida pelo objeto na direção da força, medida em metros (m).
  • θ é o ângulo entre a força e a direção do movimento.

O componente cos(θ) garante que apenas a porção da força que atua na direção do movimento seja considerada ao calcular o trabalho realizado. Se a força estiver inteiramente na direção do movimento, θ = 0° e cos(0°) = 1, de modo que a magnitude total da força contribua para o trabalho realizado.

Exemplo visual

Vamos dar um exemplo para tornar esse conceito mais simples.

objeto Força(F) Distância percorrida (d) θ

No exemplo acima, uma força F é aplicada em um ângulo θ à direção horizontal na qual o objeto é deslocado. A seta verde mostra a distância d percorrida pelo objeto sob a influência da força. O componente efetivo da força que contribui para o trabalho está ao longo da linha de movimento, que é calculado usando cos(θ).

Exemplos de trabalho realizado

Exemplo 1: Arrastando uma caixa em uma superfície plana

Imagine que você está puxando uma caixa em uma superfície plana. Se você aplicar uma força horizontal de 50 N na caixa e movê-la 5 m ao longo da mesma linha, o trabalho realizado será:

W = F × d = 50 N × 5 m = 250 J

Aqui, a força está inteiramente na direção do movimento, então cos(0°) = 1.

Exemplo 2: Levantando uma caixa verticalmente

Suponha que você levante uma caixa de 10 kg a uma altura de 2 m. A força aplicada é igual ao peso da caixa vezes a massa vezes a aceleração gravitacional (cerca de (9.8 m/s^2)). Portanto, a força é:

F = m × g = 10 kg × 9.8 m/s² = 98 N

O trabalho realizado ao levantar a caixa é:

W = F × d = 98 N × 2 m = 196 J

Aqui, o movimento é diretamente na linha de força.

Exemplo 3: Puxando um carrinho em uma inclinação

Considere puxar um carrinho com uma força de 30 N aplicada em um ângulo de 30 graus com o solo. Se o carrinho se move 3 m ao longo do solo, calcule o trabalho realizado:

W = F × d × cos(θ) θ = 30°, cos(30°) ≈ 0.866 W = 30 N × 3 m × 0.866 ≈ 77.94 J

Aqui, apenas o componente horizontal da força atua para mover o carrinho.

Casos especiais da tarefa

Caso 1: Força perpendicular ao movimento

Se uma força atua perpendicularmente à direção do movimento, nenhum trabalho é realizado. Um exemplo é carregar um livro enquanto se move horizontalmente. A força aplicada (o peso do livro) é vertical, enquanto o movimento é horizontal. Aqui, θ = 90°, e cos(90°) = 0, então:

W = F × d × cos(90°) = 0

Caso 2: Deslocamento zero

Se não há movimento, nenhum trabalho é realizado mesmo que uma força seja aplicada. Por exemplo, nenhum trabalho é realizado quando você empurra uma parede estacionária, como segue:

W = F × 0 = 0

Caso 3: Velocidade constante

Quando um objeto se move a uma velocidade constante e nenhuma força líquida atua sobre ele, o trabalho realizado é zero. Isso ocorre porque as forças em direções opostas se equilibram.

Unidades de trabalho

A unidade usada para medir o trabalho é o joule (J). Como o trabalho é uma medida de transferência de energia, é a mesma unidade que a energia. Um joule é igual ao trabalho realizado quando uma força de um newton desloca um objeto um metro na direção da força. Portanto, a relação também pode ser expressa como:

1 J = 1 N × 1 m

Conclusão

Compreender o conceito de trabalho realizado por uma força é um passo essencial na física que faz a ligação entre força e energia. Ao analisar como as forças interagem com o movimento, ganhamos uma visão dos mecanismos de transferência de energia e como eles nos permitem realizar várias tarefas na vida cotidiana. As ideias aqui descritas formam a base de muitos aspectos da física, tornando importante entender bem esses conceitos fundamentais.


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