FORÇA FÍSICA: FÓRMULAS, TIPOS DE FORÇA E EXEMPLOS - FISICA - 2024

A potência física se refere à quantidade de trabalho (ou energia consumida) por unidade de tempo. A potência é uma magnitude escalar, sua unidade de medida no Sistema Internacional de Unidades sendo o joule por segundo (J / s), conhecido como watt em homenagem a James Watt.

Outra unidade de medida bastante comum é a potência tradicional. Na física, são estudados diferentes tipos de potência: potência mecânica, potência sonora, potência calorífica, entre outras. Em geral, existe uma ideia intuitiva do significado de potência. Geralmente está associado a maior potência, maior consumo.

Assim, uma lâmpada consome mais energia elétrica se sua potência for maior; O mesmo vale para um secador de cabelo, um radiador ou um computador pessoal.

Por isso, é necessário compreender plenamente o seu significado, os diferentes tipos de poderes existentes e compreender como é calculado e quais as relações entre as suas unidades de medida mais comuns.

Fórmulas

Por definição, para calcular a energia consumida ou fornecida em um intervalo de tempo, utiliza-se a seguinte expressão:

P = W / t

Nessa expressão, P é potência, W é trabalho e t é tempo.

Se o que você deseja é calcular a potência instantânea, deve usar a seguinte fórmula:

Nesta fórmula ∆t é o incremento do tempo, F é a força ev é a velocidade.

Unidades

A singularidade da potência no Sistema Internacional de Unidades é o joule por segundo (J / s), conhecido como watt (W). Também é bastante comum em certos contextos usar outras unidades como quilowatt (kW), cavalos de força (CV), entre outras.

Claro, o quilowatt é igual a 1000 watts. Por sua vez, a equivalência entre cavalos de força e watt é a seguinte:

1 CV = 745,35 W

Outra unidade de potência, embora seu uso seja muito menos comum, é o erg por segundo (erg / s), que equivale a 10 ^-7 W.

É importante distinguir o quilowatt de quilowatt-hora (kWh), já que o último é uma unidade de energia ou trabalho e não de potência.

Tipos de poder

Entre os diferentes tipos de poder existentes, alguns dos mais importantes são os que serão estudados a seguir.

Poder mecânico

A potência mecânica exercida sobre um sólido rígido é obtida fazendo-se o produto entre a força total resultante aplicada e a velocidade transmitida a esse corpo.

P = F ∙ v

Esta expressão equivale à expressão: P = W / t, e de fato é obtida a partir dela.

Caso, além disso, haja um movimento rotacional do sólido rígido e que, portanto, as forças exercidas sobre ele modifiquem sua velocidade angular, dando lugar a uma aceleração angular, devemos:

P = F ∙ v + M ∙ ω

Nesta expressão, M é o momento resultante das forças aplicadas e ω é a velocidade angular do corpo.

Potência elétrica

A energia elétrica fornecida ou consumida por um componente elétrico é o resultado da divisão da quantidade de energia elétrica fornecida ou absorvida por esse componente e o tempo gasto nele. É calculado a partir da seguinte expressão:

P = V ∙ I

Nesta equação, V é a diferença de potencial entre o componente e I é a intensidade da corrente elétrica que passa por ele.

No caso particular em que o componente é uma resistência elétrica, as seguintes expressões podem ser utilizadas para calcular a potência: P = R ∙ I ² = V ² / R, onde R é o valor da resistência elétrica do componente em questão.

Potência de aquecimento

O poder calorífico de um componente é definido como a quantidade de energia dissipada ou liberada como calor pelo referido componente em uma unidade de tempo. É calculado a partir da seguinte expressão:

P = E / t

Nesta expressão, E é a energia liberada na forma de calor.

Potência do som

A potência sonora é definida como a energia transportada por uma onda sonora em uma unidade de tempo através de uma determinada superfície.

Desta forma, a potência sonora depende tanto da intensidade da onda sonora quanto da superfície atravessada por essa onda, e é calculada por meio da seguinte integral:

P _S = ⌠ _S I _S ∙ d S

Neste Ps integral é a potência sonora da onda, Is é a intensidade do som da onda e dS é o diferencial de superfície atravessado pela onda.

Potência nominal e potência real

A potência nominal é a potência máxima que uma máquina ou motor requer ou pode oferecer em condições normais de uso; isto é, a potência máxima que a máquina ou motor pode suportar ou oferecer.

O termo nominal é usado porque esse poder em geral é usado para caracterizar a máquina, para nomeá-la.

Por outro lado, a potência real ou útil - ou seja, a potência efetivamente utilizada, gerada ou utilizada pela máquina ou motor - é geralmente diferente da nominal, sendo geralmente inferior.

Exemplos

Primeiro exemplo

Você quer guiar um piano de 100 kg até um sétimo andar que está a uma altura de 20 metros. O guindaste leva 4 segundos para levantar o piano. Calcule a potência do guindaste.

Solução

Para calcular a potência, a seguinte expressão é usada:

P = W / t

Porém, antes de mais nada, é necessário calcular o trabalho realizado pelo guindaste.

W = F ∙ d ∙ cos α = 100 ∙ 9,8 ∙ 20 ∙ 1 = 19.600 N

Portanto, a potência do guindaste será:

P = 19.600 / 4 = 4.900 W

Segundo exemplo

Calcule a potência dissipada por um resistor de 10 Ω se uma corrente de 10 A.

Solução

Neste caso, é necessário calcular a potência elétrica, para a qual se utiliza a seguinte fórmula:

P = R ∙ I ² = 10 ∙ 10 ² = 1000 W

Referências

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Física, Volume 1. Cecsa.
2. Poder (físico). (nd). Na Wikipedia. Obtido em 3 de maio de 2018 em es.wikipedia.org.
3. Poder (física). (nd). Na Wikipedia. Obtido em 3 de maio de 2018, em en.wikipedia.org.
4. Resnick, Robert & Halliday, David (2004). Física 4ª. CECSA, México.
5. Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Física para Cientistas e Engenheiros (6ª edição). Brooks / Cole.