FÍSICA

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1ª SÉRIE

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POTÊNCIA MECÂNICA E RENDIMENTO

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AULA 30

• Entender o conceito de potência e sua relação com rendimento.

OBJETIVO DA AULA

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@Innova Auto centter

Como explicar o uso do termo “cavalos” para indicar a �potência máxima dos motores?

© Manual do mundo

Iniciamos nossa investigação, analisando o trabalho de James Watt.

A MÁQUINA DE WATT

O melhora da máquina a vapor e a Revolução Industrial

MÁQUINA DE WATT

https://www.youtube.com/watch?v=Jktv9KP3eYc

O cientista e engenheiro escocês, por estudar e realizar manutenção de máquinas a vapor, em 1769, desenvolve seu próprio modelo.

Essa melhora na eficiência abriu caminho �para a Revolução Industrial.

James Watt �(1736-1819)

Com todo o mérito, a unidade do SI para potência recebe o nome Watt, indicado por W.

Exemplo: se no manual de instruções de uma máquina mecânica consta que a potência é �1 W (Watt), �significa que esse sistema �realiza trabalho mecânico

(energia para o movimento) de �1 J (Joule) a cada 1 s (segundo).

Fotos de réplica de uma máquina a vapor, embasada no modelo de Watt, utilizada na Inglaterra, em estações de bombeamento de água e em indústrias têxteis no século XIX até meados do seculo XX – Imagens: arquivo (Edmar Mammini).

https://ferrimodel.tripod.com/hist_maq_vap_.htm

UNIDADES DE POTÊNCIA

Watt (W): o significado e a unidade de medida no S.I.

Por realizar o mesmo trabalho e consumir três vezes menos carvão que a máquina a vapor mais utilizada na época (modelo de Newcomen), a máquina de Watt era mais eficiente.

PRATICANDO 1

Potência mecânica

A potência de uma máquina de costura acionada a pedal pode chegar a 70 W. Conforme o que vimos na aula de hoje, escreva em seu caderno, qual o significado físico dessa informação?

Significa que essa máquina pode realizar um trabalho de 70 J a cada segundo.

https://ae01.alicdn.com/kf/H96869e45a8674465937660bb98320a78l.jpg_640x640Q90.jpg_.webp

Para “puxar” água de um poço artesiano e encher duas caixas d’água com capacidade de 1000 litros cada, Osvaldo, adquiriu para o seu sítio, duas bombas-d’água. Porém, a bomba d’água 1 demora o dobro do tempo para realizar a mesma função. Com base nessa informação e, ao sinal do(a) professor(a), responda em seu caderno:

PRATICANDO 2

Potência hidráulica

A bomba d’água 2 é mais potente por realizar o mesmo trabalho em menos tempo.

Qual delas possui maior potência?

Bomba 1

Bomba 2

O CONCEITO FÍSICO E O CÁLCULO DA POTÊNCIA

1 minuto

Matematicamente:

Como vimos, podemos definir potência como a razão entre o trabalho realizado (medida da energia transferida e/ou transformada) e o intervalo de tempo necessário para realizá-lo.

PRATICANDO 3

Potência nas alturas!

Um guindaste realiza um trabalho de 44 160 J, em 20 s, para erguer do solo três vigas com velocidade constante. Calcule, em W (Watts), a potência dessa operação.

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Guindaste ergue do solo três vigas.

𝝉 = 44160 J

𝛥t = 20 s

P = ?

P = 2208 W

44160

Provavelmente, você já ouviu o uso do termo “cavalos”, para classificar a potência máxima de alguns motores.

Pois é, além da unidade do SI, o W (Watt), em alguns casos, se costuma utilizar a unidade cv (Cavalo-vapor).

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@Innova Auto centter

Na época, sem outros motores do gênero para comparação, �associou-se:

a potência das máquinas a vapor

ao

meio de transporte mais utilizado,

resultando no termo,

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“CAVALO-VAPOR”.

UNIDADES DE POTÊNCIA

Cavalo-vapor (cv)

Embora o cavalo, hoje, não seja o principal meio de transporte, a utilização da unidade cv ainda persiste, principalmente, no meio automobilístico.

Um cavalo-vapor representa a energia necessária durante �1 segundo, para elevar �em 1 metro a altura de uma caixa de 75 kg em relação �à Terra (g = 9,8 m/s²), �como mostra a animação ao lado.

UNIDADES DE POTÊNCIA

Cavalo-vapor (cv)

Que ficou estabelecida a equivalência:

1 cv →736 W

RENDIMENTO TOTAL

Na realidade, uma impossibilidade!

No momento, não há ainda como construir uma máquina que converte integralmente toda energia que recebe em trabalho mecânico, ou seja, que opere com 100% de rendimento.

Sempre uma parcela será dissipada devido ao atrito, em forma de calor para o meio externo, ruídos e outros processos.

https://i.pinimg.com/originals/ef/8c/69/ef8c69d6d8035b70ec2af626966f1eb9.gif

PRATICANDO 4

Ao guindaste outra vez, potência no alto!

Na aula de hoje, em um dos exercícios, a potência encontrada para um guindaste foi 2208 W. Nas mesmas condições, expresse a potência do guindaste, dessa vez, em cv (cavalo-vapor).

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Como 1 cv equivale a 736 W, então: 2208: 736 = 3 cv

Guindaste ergue do solo três vigas.

O QUE VIMOS?

Professor, caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse: https://forms.gle/ZuC8G4UPYMEdztJy5

Na aula de hoje, entendemos o conceito de potência e sua relação com rendimento.

REFERÊNCIAS

ASTH, Rafael. Potência mecânica e rendimento. Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/potencia-mecanica-e-rendimento/. Acesso em: 25 abr. 2024

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GONÇALVES FILHO, Aurélio. Física: interação e tecnologia. Vol. 3. Aurélio Gonçalves Filho, Carlos Toscano. 2ª ed. – São Paulo: Leya, 2016.

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HEWITT, Paul G. Fundamentos de Física Conceitual – tradução Trieste Ricci. – Porto Alegre: Bookman, 2009.

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POLITO, Antony M. M. A Construção da estrutura conceitual da Física Clássica. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2016.