Trabalho Mecanico

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 a ação de uma força sobre um corpo em repouso ou em movimento, de tal forma que produz um deslocamento no corpo proporcional à energia investida na força que o move. Em outras palavras, o trabalho mecânico é a quantidade de energia transferida para um corpo por uma força que atua sobre ele.

O trabalho mecânico é uma magnitude escalar, que normalmente é medida no Sistema Internacional (SI) através de joules ou joules (J) e é representado pela letra W (do inglês Trabalhar, “Trabalhado”). Também, costumamos falar 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 atira uma bola realiza um trabalho positivo, enquanto quem a apanha realiza um trabalho negativo.

Veja também: Energia mecânica

Características do trabalho mecânico

O trabalho mecânico é caracterizado por:

• É uma quantidade escalarque é medido em joules (ou seja, quilogramas por metro quadrado dividido pelo segundo quadrado) e é representado pela letra W.
• Depende diretamente da força que o causa.de modo que para haver trabalho mecânico em um corpo, deve haver uma força mecânica aplicada a ele ao longo de um caminho definido.
• Em linguagem comum, o termo “trabalho” é usado para definir que atividade mecânica cujo desempenho consome uma certa quantidade de energia.
• A transferência de calor (energia térmica) não é considerada uma forma de trabalhoapesar de consistir em uma transferência de energia.

fórmula de trabalho mecânico

A fórmula mais simples para calcular o trabalho de um corpo movido por uma força costuma ser a seguinte:

W = F xd

onde W é o trabalho realizado, F é a força que age sobre o corpo e D é a distância que o corpo é deslocado.

No entanto, força e distância são geralmente consideradas magnitudes vetoriais, que requerem uma certa orientação no espaço. Assim, a fórmula anterior pode ser reformulada para incluir a referida orientação, conforme segue:

W = F xdx cos𝛂

onde o cosseno de alfa (cos𝛂) determina o ângulo entre a direção em que a força é aplicada e a direção em que 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 no 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 acerta uma bola com o taco e a faz voar vários metros, ou um jogador de beisebol que acerta uma bola em movimento, modificando a trajetória que ela trazia.
• trabalho zero (W = 0). Ocorre quando a força aplicada não produz nenhum deslocamento no objeto, apesar de estar consumindo energia no processo. Um exemplo disso seria uma pessoa que empurra um móvel muito pesado sem fazê-lo mover um centímetro sequer.
• Trabalho negativo (W < 0). Ocorre quando a força aplicada subtrai energia do objeto em questão, resistindo ao movimento que o objeto já trazia ou reduzindo seu deslocamento. Um exemplo disso seria um jogador de beisebol que pega a bola lançada por outro, impedindo-o de continuar sua trajetória; ou uma pessoa que pisa na frente de um objeto que cai de um morro e, embora não consiga pará-lo completamente, consegue retardar sua queda.

Exemplos de trabalho mecânico

Alguns exemplos de trabalho mecânico são:

• Em uma partida de futebol, o árbitro marca um pênalti e Lionel Messi chuta a bola em direção ao gol, com força de 500N, fazendo-a percorrer cerca de 15 metros sem tocar o solo. Quanto trabalho você colocou para marcar esse gol?

Resposta: aplicando a fórmula W = F xd, temos que Messi fez um trabalho de 500N x 15m, ou seja, um trabalho equivalente a 7500 J.

• Um trem está indo para o sul a toda velocidade, indo direto para um carro preso nos trilhos. Um super-herói, percebendo o perigo, decide se colocar na frente da locomotiva e interromper 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?

Resposta: Dado que parar a locomotiva requer pelo menos 20.000 N na direção oposta, e que o super-herói gostaria de deixar uma margem de pelo menos 2 metros entre a locomotiva e o vagão 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.

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Referências

• “Trabalho (física)” na Wikipedia.
• “Trabalho mecânico e energia” em Amarauna (Espanha).
• “Trabalho Mecânico: Exemplos e Aplicações” na Oxscience.