Explicamos o que é trabalho mecânico em física, suas características e a fórmula para calculá-lo. Além disso, quais tipos existem e exemplos.
O que é trabalho mecânico?
Na física, e mais especificamente no ramo da mecânica, o trabalho mecânico (ou simplesmente trabalho) é entendido como ação de uma força sobre um corpo em repouso ou em movimento, de tal forma que produza um deslocamento no corpo proporcional à energia investida na força que o move. Em outras palavras, trabalho mecânico é a quantidade de energia transferida a um corpo por uma força que atua sobre ele.
O trabalho mecânico é uma grandeza escalar, que geralmente é medida no Sistema Internacional (SI) através de joules ou joules (J) e é representada pela letra W (do inglês Trabalhar, “Trabalho”). Além do mais, geralmente falamos sobre trabalho positivo ou negativo dependendo se a força transfere energia para o objeto (trabalho positivo) ou a subtrai (trabalho negativo). Assim, por exemplo, quem joga uma bola realiza um trabalho positivo, enquanto quem a pega realiza um trabalho negativo.
Veja também: Energia mecânica
Características do trabalho mecânico
O trabalho mecânico é caracterizado por:
- É uma magnitude escalarque é medido em joules (ou seja, quilogramas por metro quadrado por segundo ao quadrado) e é representado pela letra W.
- Depende diretamente da força que o causade modo que para que haja trabalho mecânico em um corpo, deve haver uma força mecânica aplicada a ele ao longo de um caminho definido.
- Na linguagem comum, o termo “trabalho” é usado para definir que atividade mecânica cuja execução consome uma quantidade de energia.
- A transferência de calor (energia térmica) não é considerada uma forma de trabalhoembora consista em uma transferência de energia.
Fórmula de trabalho mecânico
A fórmula mais simples para calcular o trabalho de um corpo movido por uma força geralmente é a seguinte:
W = Fxd
onde W é o trabalho realizado, F a força que atua sobre o corpo e D é a distância do deslocamento sofrido pelo corpo.
No entanto, a força e a distância são geralmente consideradas magnitudes vetoriais, que requerem uma orientação específica no espaço. Assim, a fórmula anterior pode ser reformulada para incluir a referida orientação, da seguinte forma:
W = F xdx cos𝛂
onde o cosseno de alfa (cos𝛂) determina o ângulo entre a direção na qual a força é aplicada e a direção na qual o objeto se move como resultado.
Tipos de trabalho mecânico
O trabalho mecânico pode ser de três tipos, dependendo se adiciona, subtrai ou mantém o nível de energia do corpo em movimento. Assim, podemos falar sobre:
- Trabalho positivo (W > 0). Ocorre quando a força fornece energia ao objeto em questão, produzindo um deslocamento na mesma direção em que a força foi aplicada. Um exemplo disso seria um jogador de golfe que bate uma bola com o taco e a faz voar vários metros, ou um jogador de beisebol que bate uma bola em movimento, modificando sua trajetória.
- Trabalho zero (W = 0). Ocorre quando a força aplicada não produz nenhum deslocamento no objeto, mesmo consumindo energia no processo. Um exemplo disso seria uma pessoa empurrando um móvel muito pesado sem fazê-lo se mover nem um milímetro.
- Trabalho negativo (W <0). Ocorre quando a força aplicada subtrai energia do objeto em questão, resistindo ao movimento que o objeto já possuía ou reduzindo seu deslocamento. Um exemplo disso seria um jogador de beisebol que bloqueia a bola lançada por outro, impedindo-o de continuar sua trajetória; ou uma pessoa que fica diante de um objeto que está caindo de uma colina e, embora não consiga pará-lo completamente, consegue desacelerar sua queda.
Exemplos de trabalho mecânico
Alguns exemplos de trabalho mecânico são:
- Num jogo de futebol, o árbitro marca pênalti e Lionel Messi chuta a bola na direção do gol, com força de 500N, fazendo-a percorrer cerca de 15 metros sem tocar o solo. Quanto trabalho você dedicou para marcar esse gol?
Responder: Aplicando a fórmula W = F xd, temos que Messi realizou um trabalho de 500N x 15m, ou seja, um trabalho equivalente a 7500 J.
- Um trem está se movendo para o sul a toda velocidade, direto em direção a um carro preso nos trilhos. Um super-herói, percebendo o perigo, decide ficar na frente da locomotiva e impedir seu avanço. Considerando que o trem traz consigo uma força de 20.000 N, que o super-herói é invulnerável e que a locomotiva está a 700 metros do vagão preso, quanto trabalho o super-herói deve realizar para detê-lo?
Responder: Dado que parar a locomotiva requer pelo menos 20.000 N no sentido oposto, e que o super-herói gostaria de deixar uma margem de pelo menos 2 metros entre a locomotiva e o carro preso, sabemos que ele deve aplicar um trabalho igual a 20.000 N x 698 m, ou seja, um trabalho negativo de 13.960.000 J.
Continue com: Poder na física
Referências
- “Trabalho (física)” na Wikipedia.
- “Trabalho mecânico e energia” em Amarauna (Espanha).
- “Trabalho Mecânico: Exemplos e Aplicações” em Oxscience.