Introdução a trabalho e energia

RKA1JV Bem-vindos! Agora, vou apresentá-los aos conceitos de trabalho e energia. Essas são duas palavras que com certeza vocês usam na sua vida diária e já têm alguma noção do que significam, mas talvez ainda não conheçam um contexto na Física. Trabalho, você sabe o que o trabalho é. Trabalho é quando você faz algo, você trabalha, se sustenta. Na Física, trabalho, eu vou usar muitas palavras, e elas terminarão sendo meio semelhantes nas duas definições. Mas eu acho que quando começarmos a fazer os cálculos, você vai entender pelo menos um pouco mais, intuitivamente, a noção do que são todas elas. Então, voltando, trabalho é a energia transferida por uma força, eu vou escrever isso, energia transferida. Eu copiei isso do Wikipédia, porque eu queria uma boa e intuitiva definição. Energia transferida por uma força. E isso faz sentido para mim, mas você deve estar se perguntando: "Eu sei o que é uma força, força é massa vezes aceleração, mas o que é energia?" Eu procurei energia na Wikipédia e achei isso, veja só que divertido, mas também acho que explica que esses são apenas conceitos que nós usamos para trabalhar com aquilo que percebemos, como movimento, força e trabalho, e todas essas coisas. Mas elas não são noções independentes, na verdade, elas estão relacionadas. Retomando, a Wikipédia define a energia como a habilidade de realizar trabalho, então, eles meio que usam um ao outro para se definir. A habilidade de realizar de trabalho. Foi, sinceramente, a melhor definição que eu consegui achar. Apenas assim, só com as palavras, isso não dá muita informação, por isso que eu vou ter que transferir isso um pouco para as equações. Isso nos dará uma noção mais quantitativa do que significam essas palavras. Vamos lá, a definição de trabalho na mecânica. Trabalho é força vezes a distância, digamos que eu tenha um bloco, deixe-me fazer aqui em uma cor um pouco diferente porque esse amarelo é um pouco apagado. Eu aplico uma força de 10 N. E eu movo o bloco aplicando essa força de 10 N. Eu movo o bloco 7 metros, então, o trabalho que eu apliquei ao bloco ou a energia que eu transferi ao bloco, o trabalho, em Física, nós nos referimos ao trabalho pela letra grega tau (τ), é igual a força que é de 10 N, vezes a distância, vezes 7 metros. Isso seria igual a 70, 10 vezes 7, Nm. O "Nm" é um jeito de descrever trabalho que também é definido como joules (J), eu vou fazer outra apresentação logo, sobre todas as coisas que Joule fez. Mas joules é a unidade de trabalho, e é também a unidade de energia, elas são meio intercambiáveis, porque se você olha as definições que a Wikipédia nos dá, trabalho é a energia transferida por uma força, e energia é a habilidade de realizar trabalho. Vou deixar de lado por enquanto essa definição circular. Nós vamos usar essa definição, que eu acho que nos ajuda um pouco a entender os tipos de trabalho que podemos fazer e, também, que tipo de energia estamos realmente transferindo a um objeto quando realizamos tal tipo de trabalho. Deixe-me dar uns exemplos. Digamos que eu tenha um bloco, esse bloco tem massa "M". Eu tenho um bloco de massa "M", ele começa em repouso, e então eu aplico uma força, digamos que eu aplique uma força "F" por uma distância de, acho que você pode adivinhar qual a distância que eu vou aplicar, por uma distância "d". Eu estou empurrando esse bloco com uma força "F" por uma distância "d". Eu quero descobrir, nós sabemos o que é o trabalho, por definição, o trabalho é igual à força vezes esta distância, pela qual eu empurro o bloco. Qual vai ser a velocidade desse bloco aqui? Vai ser algo, de certa maneira, mais rápido, porque força não é, estou assumindo que não existe atrito aqui, então, força não é só mover o bloco com uma velocidade constante, é igual à massa vezes aceleração, então, eu vou estar, na verdade, acelerando o bloco. Mesmo que ele esteja estacionado aqui, no momento em que ele chegue a esse outro ponto aqui, o bloco vai ter alguma velocidade. Nós não sabemos qual, porque estamos usando só variáveis, não estamos usando números. Mas, vamos descobrir qual é em termos de "V", então, você se lembra das equações cinemáticas. Se não se lembra, melhor voltar e dar uma olhadinha, ou se você nunca viu os vídeos, tem todo um grupo de vídeo sobre movimento de projéteis e cinemática aqui mesmo. Nós descobrimos que quando aceleramos um objeto por uma distância, que a velocidade final, deixe-me mudar um pouquinho a cor para variar, é igual a velocidade inicial ao quadrado, mais 2 vezes aceleração, vezes a distância. Nós já provamos isso antes, então, agora não vou refazer essa prova, indicamos a velocidade inicial sempre como "V₀", mas nessa situação qual é a velocidade inicial? A velocidade inicial era zero, então, a equação vira V² é igual a 2 vezes a aceleração, vezes a distância. Nós podemos reescrever a aceleração em termos de força e massa, então, qual é a aceleração? F = Ma ou a aceleração é igual à força dividida pela massa. Isso dá V² é igual a 2 vezes a força, dividida pela massa vezes a distância. Podemos fazer a raiz quadrada dos dois lados, se quisermos, e vemos a velocidade final desse bloco representada por "V". Nesse ponto, vai ser igual a raiz quadrada de 2 vezes a força, vezes a distância, dividida pela massa. E é assim que nós podemos descobrir. E tem uma coisa interessante acontecendo aqui, tem algo interessante no que acabamos de fazer. Você vê algo que parece um pouquinho com o trabalho? Você tem essa expressão: força vezes distância, bem aqui. Então, vamos escrever outra equação. Se nós sabemos uma dada velocidade que algo tem, se nós descobrirmos quanto trabalho é necessário colocar no sistema para conseguir aquela velocidade, podemos só substituir força vezes distância por trabalho, certo? Porque trabalho é igual força vezes distância, então, vamos partir desta equação porque não precisamos elevar ao quadrado de novo. Então, nos dá V² é igual a 2 vezes a força, vezes distância. Isso é trabalho, tirei definição bem daqui. Duas vezes trabalho dividido pela massa, vamos multiplicar os dois lados da equação pela massa, e isso nos dá massa vezes velocidade. Não preciso escrever tudo de novo. "M" vezes V² é igual a 2 vezes o trabalho, divido os dois lados por 2. Ou "τ", trabalho, é igual a MV² sobre 2, só divido os dois lados por 2. E é claro, a unidade aqui é o joule. Isso é interessante, agora, se eu sei a velocidade de um objeto, eu posso descobrir, usando essa fórmula, que com sorte não foi muito complicado deduzir, eu posso descobrir quanto trabalho foi realizado no objeto para chegar a tal velocidade. Isto é, por definição, chamado energia cinética, isso é energia cinética. Mais uma vez, a definição que a Wikipédia nos dá é da energia devido ao movimento, ou do trabalho necessário para acelerar um objeto estacionário à sua atual velocidade. Na verdade, está acabando meu tempo, mas o que eu vou fazer é deixar vocês com essa fórmula, a energia cinética é massa vezes velocidade ao quadrado, dividido por 2, ou 1/2 de MV², é uma fórmula bem comum. Eu vou deixar vocês com essa ideia, e no próximo vídeo, vou mostrar outra forma de energia, então, vou introduzir a vocês, a lei de conservação de energia. E é aí que as coisas começam a ficar realmente úteis, porque você pode ver como uma forma de energia pode ser convertida em outra e descobrir o que acontece com o objeto. Vejo você em breve. Tchau!