Trabalho na Física

Trabalho na Física é uma grandeza relacionada à conversão de energia. Essa conversão deve acontecer devido à ação de uma força. Dessa forma, essa grandeza está presente em vários aspectos da física. Por isso, veja sua definição e como calcular em diversos casos.

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O que é o trabalho para a Física

Trabalho na Física pode ser entendido como a transferência de energia para um corpo ou um sistema. Isso pode acontecer devido à ação de uma força. O trabalho exercido por uma força produz a varição na energia cinética do sistema.

Essa grandeza é muito importante na dinâmica. Afinal, com ela é possível compreender a transferência e a transformação de energia em diversos tipos de sistemas físicos. Por isso, saber como calculá-lo é importante.

Como calcular o trabalho

De maneira geral, o trabalho pode ser calculado como o produto da componente horizontal da força pelo deslocamento do corpo. Matematicamente:

Em que:

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• τ: trabalho (J)
• F: força (N)
• d: deslocamento (m)
• cos θ: cosseno do ângulo de aplicação da força

Note que, o trabalho pode ser positivo ou negativo. Assim, se a força atua no sentido do deslocamento, ele é positivo. Se ela atua contra o deslocamento, o trabalho é negativo. Ou seja, o trabalho positivo significa que há energia sendo fornecida ao sistema. Já o trabalho negativo implica que a energia é cedida pelo sistema.

Trabalho e energia

Essas duas grandezas físicas estão diretamente relacionadas. Afinal, pode-se entender a energia como a capacidade do corpo realizar trabalho. Isto é, o corpo só pode produzir trabalho se possuir algum tipo de energia acumulada. Por exemplo, só é possível empurrar um móvel, e realizar trabalho, se houver energia mecânica envolvida.

Trabalho de uma força

O trabalho realizado por uma força é calculado a partir da definição de trabalho mecânico. Isso significa que a relação matemática dependerá da força e do deslocamento do corpo. Contudo, a força pode ser constante ou variável. Veja como calcular o trabalho nos dois casos.

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Força constante

O trabalho de uma força constante e paralela ao movimento é dado pelo produto da força pelo deslocamento. Matematicamente:

Em que:

• τ: trabalho (J)
• F: força (N)
• d: deslocamento (m)

O trabalho só será realizado se a força possuir uma componente na direção do deslocamento.

Força variável

Quando a força não é constante, o trabalho deve ser calculado a partir do gráfico. Ou seja, ao fazer um gráfico da força pelo deslocamento, a área sob a curva será igual ao trabalho realizado.

O conceito de trabalho mecânico também pode ser aplicado a outras forças da mecânica. Veja mais outros casos.

Trabalho da força peso

Todos os corpos próximos à superfície terrestre sofrem atração. Isso acontece devido à força peso. Quando um corpo está a uma determinada altura e é abandonado em queda livre, ele sofre um deslocamento. Esse movimento é devido à força peso e a altura é igual ao deslocamento. Por isso, matematicamente, o trabalho da força peso é:

Em que:

• τ: trabalho (J)
• m: massa (kg)
• g: aceleração da gravidade (m/s²)
• h: altura (m)

Note que esse trabalho não depende do caminho percorrido pelo corpo. Ou seja, é uma grandeza conservativa. Além disso, essa relação matemática é fisicamente igual à relação da energia potencial gravitacional.

Trabalho da força elástica

Ao comprimir ou esticar uma mola, ela acumula energia potencial elástica. Isso deve ser convertido em trabalho. Afinal, há uma força resistiva para que a mola volte à condição inicial. Matematicamente, esse trabalho é dado pela seguinte equação:

Em que:

• τ: trabalho (J)
• k: constante elástica da mola (N/m)
• x: deformação (m)

Esse caso, assim como o trabalho da força peso, não depende do caminho percorrido. Ou seja, a força peso e a força elástica são chamadas de conservativas.

Teorema do trabalho e da energia cinética

Trabalho e energia estão relacionados. Por sua vez, a energia cinética, é a energia relacionada ao movimento. Dessa forma, caso o corpo esteja sob ação de uma força constante, é possível relacionar o trabalho e a energia cinética. Ou seja:

Em que:

• τ: trabalho (J)
• ΔE_c: variação da energia cinética (J)

Assim como toda variação na física, a variação da energia cinética é dada pela diferença entre a grandeza final e inicial. Além disso, é importante notar que ambos os lados da igualdade possuem a mesma grandeza física.

Vídeos sobre trabalho na Física

O conceito de trabalho é um dos mais importantes da mecânica. Por isso, ele é muito cobrado nas avaliações de grande escala. Como o Enem e vestibulares. Dessa forma, é importante saber tudo sobre ele. Veja os vídeos selecionados para se aprofundar ainda mais:

Trabalho de uma força

O professor Marcelo Boaro ensina a calcular o trabalho de uma força. Para isso, o docente define o que é trabalho mecânico. Ao longo da aula, Boaro também explica os casos específicos para valores positivos, negativos e nulos do trabalho. Por fim, o professor resolve um exercício de aplicação.

Trabalho da força peso e força elástica

Os trabalhos da força peso e da força elástica possuem uma particularidade: não dependem do caminho percorrido pelo corpo. Isso acontece pelas forças serem conservativas. Para entender melhor as consequências dessa propriedade, veja o vídeo do professor Marcelo Boaro.

Teorema da energia cinética

O trabalho se relaciona com a energia de um corpo. Dessa forma, há um teorema da dinâmica que explicita essa ligação. Esse teorema é o da energia cinética. Para aprender mais sobre esse conceito, veja o vídeo do professor Marcelo Boaro. Nessa aula, o docente explica como acontecem algumas transformações de energia e a sua relação com o trabalho.

O trabalho é um dos conceitos mais importantes da física clássica. Seja na mecânica ou na termodinâmica. Afinal, ele está diretamente relacionado com a energia. Por isso, para compreender completamente as relações do trabalho, aprenda mais sobre a transformação de energia.

Referências