Grade 9
  1. Mecânica  1.1. Movimento  1.1.1. Tipos de movimento  1.1.2. Distância e deslocamento  1.1.3. Velocidade e Velocidade  1.1.4. Aceleração  1.1.5. Representação gráfica do movimento  1.1.6. Equações do movimento  1.1.7. Movimento uniforme e não uniforme  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Velocidade relativa  1.1.10. Movimento circular  1.2. Leis da força e movimento  1.2.1. O conceito de força  1.2.2. A primeira lei do movimento de Newton  1.2.3. Segunda lei do movimento de Newton  1.2.4. Terceira Lei de Newton do Movimento  1.2.5. Inércia e tipos de inércia  1.2.6. Movimento  1.2.7. Conservação do momento  1.2.8. Aplicação das leis de Newton na vida cotidiana  1.2.9. Tipos de Forças (Contato e Não Contato)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Força Gravicional  1.3.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.3.2. Importância da Força Gravitacional  1.3.3. Aceleração devido à gravidade  1.3.4. Queda livre e ausência de peso  1.3.5. Massa e peso  1.3.6. Variação de g com altura e profundidade  1.3.7. Leis do movimento planetário de Kepler  1.3.8. Satélites e suas órbitas  1.4. Trabalho, Energia e Potência  1.4.1. Conceito de trabalho  1.4.2. Ações positivas e negativas  1.4.3. Trabalho realizado por força constante e variável  1.4.4. Energia e suas formas  1.4.5. Kinetic energy and potential energy  1.4.6. Lei da conservação de energia  1.4.8. Unidade comercial de energia  1.4.9. Teorema Trabalho-Energia  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Mechanical advantage  1.5.3. Eficiência das máquinas  1.5.4. Alavancas e seus tipos  1.5.5. Polias e Planos Inclinados  1.5.6. Engrenagens e seus usos
  2. Propriedades da matéria  2.1. Estados da matéria  2.1.1. Sólidos, líquidos e gases  2.1.2. Propriedades dos diferentes estados da matéria  2.1.3. Mudança no estado da matéria  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidade e pressão  2.2.1. Conceito de densidade e densidade relativa  2.2.2. Pressão em sólidos, líquidos e gases  2.2.3. Lei de Pascal e suas Aplicações  2.2.4. Pressão atmosférica e suas variações  2.2.5. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Flutuabilidade e o princípio de Arquimedes  2.3.1. Força de flutuabilidade  2.3.2. Princípio de Arquimedes  2.3.3. Aplicações do Princípio de Arquimedes  2.3.4. Objetos flutuantes e afundantes  2.3.5. Teoria da Flotação e Princípio de Arquimedes
  3. Calor e Termodinâmica  3.1. Temperatura e calor  3.1.1. Conceito de calor e temperatura  3.1.2. Medição de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condução de calor  3.2.2. Convecção de calor  3.2.3. radiação de calor  3.2.4. Aplicações da transferência de calor  3.2.5. Condutividade térmica  3.3. Expansão térmica  3.3.1. Expansão de sólidos, líquidos e gases  3.3.2. Expansão anômala da água  3.3.3. Aplicações da Expansão Térmica  3.4. Capacidade calorífica específica e calor latente  3.4.1. Conceito de capacidade calorífica específica  3.4.2. Medição e aplicações do calor específico  3.4.3. Calor latente de fusão e vaporização  3.4.4. Motores Térmicos e Eficiência
  4. Ondas e som  4.1. Ondas e seus tipos  4.1.1. Ondas mecânicas e eletromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinais e Transversais  4.1.3. Propriedades das Ondas  4.1.4. Comprimento de onda, frequência e velocidade da onda  4.1.5. Superposição de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Natureza e transmissão do som  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Reflexão do som e eco  4.2.4. Sonar e ultrassom  4.2.5. Ressonância e pulsação  4.3. Características do som  4.3.1. Intensidade, volume e qualidade do som  4.3.2. Efeito Doppler no som
  5. Iluminação e Óptica  5.1. Reflexão da luz  5.1.1. Leis da reflexão  5.1.2. Reflexão em um espelho plano  5.1.3. Reflexão em um espelho esférico  5.1.4. Formação de imagem por espelhos côncavos e convexos  5.1.5. Aplicações da Reflexão  5.2. Refração da luz  5.2.1. Leis da refração  5.2.2. Índice de refração  5.2.3. Refração através de uma placa de vidro  5.2.4. Refração na água e no ar  5.2.5. Lentes e seus tipos  5.2.6. Formação de imagens por lentes convexas e côncavas  5.2.7. Reflexão interna total e suas aplicações  5.3. Dispersão e espalhamento de luz  5.3.1. Espectro da luz branca  5.3.2. Prismas e Dispersão  5.3.3. Efeito Tyndall e céu azul
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Carga elétrica e eletricidade estática  6.1.1. O conceito de carga elétrica  6.1.2. Carregamento por fricção, contato e indução  6.1.3. Eletroscópio e seu funcionamento  6.2. Corrente Elétrica  6.2.1. O conceito de corrente elétrica  6.2.2. Lei de Ohm e Resistência  6.2.3. Fatores que afetam a resistência  6.2.4. Circuitos em Série e Paralelo  6.2.5. Efeito térmico da corrente elétrica  6.2.6. Potência e energia elétrica  6.3. Magnetismo  6.3.1. Ímãs naturais e artificiais  6.3.2. Propriedades dos ímãs  6.3.3. Magnetismo da Terra  6.3.4. Campo magnético e linhas de campo  6.3.5. Eletroímãs e suas aplicações
  7. Física Moderna  7.1. estrutura do átomo  7.1.1. Estrutura Atômica e Partículas Subatômicas  7.1.2. Elétrons, Prótons e Nêutrons  7.1.3. Modelo de Rutherford e Bohr  7.2. Radioatividade  7.2.1. Tipos de emissões radioativas  7.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  7.2.3. Usos e perigos da radioatividade
  8. Ciência espacial e astronomia  8.1. O universo e seus componentes  8.1.1. Estrelas e galáxias  8.1.2. Planetas e Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturais e artificiais  8.2.2. Uso de satélites

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Trabalho realizado por força constante e variável


No mundo da física, os conceitos de trabalho, energia e potência nos ajudam a entender como e por que as coisas se movem. Essas ideias são fundamentais para explicar o mundo natural, desde o movimento dos planetas até o clique de um simples interruptor. Vamos nos aprofundar no tema do trabalho, concentrando-nos especificamente no trabalho realizado por forças constantes e variáveis.

Compreendendo o trabalho

No vocabulário cotidiano, "trabalho" pode significar qualquer tarefa que precisamos completar. No entanto, na física, trabalho tem uma definição específica. O trabalho é realizado quando uma força faz um objeto se mover. A fórmula para calcular o trabalho é:

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

Aqui:

  • Trabalho (W) é o trabalho realizado, que é medido em Joules (J).
  • Força (F) é a força aplicada, que é medida em Newtons (N).
  • Distância (d) é a distância percorrida na direção da força, medida em metros (m).
  • θ é o ângulo entre a força e a direção do movimento.

Exemplo visual

F D θ

Nesta figura, uma força F é aplicada em um ângulo θ para mover um objeto a uma distância d.

Trabalho realizado por uma força constante

Quando a força atuante em um objeto permanece constante em magnitude e direção enquanto o objeto se move, a fórmula para o trabalho torna-se simples. Vamos supor que a direção da força e a velocidade sejam as mesmas, o que significa θ = 0 graus. Então temos:

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

Essa situação geralmente envolve cenários diretos, como empurrar um carrinho, puxar uma caixa ou levantar um objeto a uma velocidade constante.
Por exemplo, se você empurra um carrinho por uma distância de 5 m com uma força de 20 N, o trabalho realizado será de 100 J.

Exemplo

Imagine que você está empurrando uma caixa em um chão nivelado:

  • Força (F): 10N
  • Distância (d): 5 metros

Calcule o trabalho realizado usando a fórmula:

Trabalho = 10 N × 5 m = 50 J

Assim, você fez 50 joules de trabalho ao empurrar a caixa.

Trabalho realizado por uma força variável

Na maioria dos cenários do mundo real, as forças mudam de magnitude e/ou direção conforme o objeto se move. É aí que entra o conceito de trabalho realizado por uma força variável.

Imagine uma força F representada em um gráfico contra uma distância d. A área sob o gráfico força-distância representa o trabalho realizado por uma força variável.

Conceito visual

Distância (d) Força (F)

Este gráfico mostra que a força também muda com a velocidade do objeto, tornando o cálculo do trabalho mais complicado.

Breve resumo

Para calcular o trabalho realizado por uma força variável:

  • Divida a distância em intervalos menores onde a força pode ser considerada constante.
  • Calcule o trabalho realizado em cada intervalo.
  • Some todos os pequenos trabalhos realizados para encontrar o trabalho total.

Em termos matemáticos, esse processo é conhecido como integração. Para uma força variável, o trabalho realizado é dado pela integral:

Trabalho (W) = ∫ F(x) dx

onde F(x) é a força como uma função da posição x.

Exemplo

Suponha que uma força aja sobre um objeto da seguinte maneira:
F(x) = 3x + 2, de x = 0 a x = 4.

Para encontrar o trabalho realizado:

Trabalho (W) = ∫ de 0 a 4 (3x + 2) dx = [1.5x² + 2x] de 0 a 4 = (1.5(4)² + 2(4)) - (1.5(0)² + 2(0)) = (24 + 8) - 0 = 32 J

Assim, o trabalho realizado pela força variável é de 32 joules.

Aplicações na vida real

Compreender o trabalho, seja ele constante ou variável, é importante no design de mecanismos e estruturas que utilizam energia de forma eficiente. Além da sala de aula de física:

  • Motores de carros precisam converter combustível em trabalho para mover os veículos.
  • Montanhas-russas dependem do trabalho realizado pela gravidade e forças de resistência.
  • Guindastes e elevadores usam princípios de trabalho para levantar mercadorias e pessoas com segurança.

Conclusão

O conceito de trabalho, especialmente a diferenciação entre forças constantes e variáveis, ajuda a entender a transferência de energia em diferentes sistemas. Seja empurrando uma caixa ou calculando força em diferentes inclinações, dominar esses conceitos levará a uma compreensão mais profunda do mundo físico ao nosso redor.


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Trabalho realizado por força constante e variável

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