Conteúdos

● Potência mecânica;
● Potência média e potência instantânea;
● Potência útil e rendimento.

Objetivos

● Compreender a definição de potência para a física, e qual é sua unidade de medida;
● Compreender como a potência está relacionada ao trabalho de uma força;
● Compreender a diferença entre potência média e potência instantânea;
● Aprender a calcular a potência mecânica.

Proposta de Trabalho

O objetivo deste roteiro é auxiliar nos estudos em casa ou em outro ambiente. Nesse sentido, apresenta um percurso com textos base e algumas propostas de atividades, e, no final, há outros textos e vídeos que podem ajudar a compreender melhor o tema em questão.
Não é necessário fazer todas as etapas, ler todos os textos, ou assistir todos os vídeos, mas as questões norteadoras, bem como as subquestões que advém delas, ajudam na captação do conteúdo inteiro e dos principais conceitos.

Leia os textos propostos, sempre buscando as respostas para cada uma das perguntas. Se aparecerem mais dúvidas ao longo da leitura, aproveite para fazer anotações em seu caderno e aumentar sua pesquisa. Após as leituras de cada um dos textos, escreva um parágrafo resumindo seu aprendizado.

1ª Etapa: Potência mecânica

Matematicamente, podemos escrever como:

Onde:

P=Potência[W]
τ=Trabalho realizado[J]
Δt=Intervalo de tempo[s]

Pergunta norteadora:

1) O que é potência mecânica?

Potência mecânica
Quero Bolsa (Gabriel Briguiet)
Disponível em: https://querobolsa.com.br/enem/fisica/potencia-mecanica

A partir da leitura do texto acima, responda às seguintes perguntas:

Elabore uma definição simples para o conceito de potência mecânica.
A potência é uma grandeza física vetorial ou escalar?
Qual é a unidade de medida para potência no Sistema Internacional de Unidades (SI)?
Quais são as unidades de medidas, no SI, das grandezas físicas envolvidas para se determinar a potência mecânica? Ou seja:
Trabalho (τ) =
Intervalo de tempo (Δt) =
Existe mais de um tipo de potência? Justifique sua resposta.
Como podemos escrever potência mecânica relacionando-a com a velocidade média?

Para saber mais, assista:

Potência mecânica: consumo e rendimento (Curso Enem Gratuito)
Disponível em: https://youtu.be/objIr0eQIWQ

2ª Etapa: Potência média e potência instantânea

Pergunta norteadora:

1) Qual é a diferença entre potência média e potência instantânea?

“Potência” em Só Física. Virtuous Tecnologia da Informação, 2008-2020.
Consultado em 09/09/2020, às 16:38. Disponível em: https://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/potencia.php

A partir da leitura do texto acima, responda às seguintes perguntas:

● Dois aviões partem da cidade de São Paulo em direção à cidade do Rio de Janeiro. O avião (A) chega ao seu destino em 1 h, enquanto o avião (B) chega em 1 h e 15 min. Qual dos aviões realizou mais trabalho? Qual dos aviões desenvolveu uma maior potência?
● Quando o tempo gasto, ou considerado, para realizar trabalho é infinitamente pequeno, estamos tratando da potência média ou da potência instantânea?

Para saber mais, assista:

Potência mecânica
Me Salva!
Disponível em: https://youtu.be/G5KJZmG9-Uk

Importância da potência: média e instantânea (Sadao Mori)
Disponível em: https://youtu.be/_Zgnps-X2So

3ª Etapa: Potência útil e rendimento

Pergunta norteadora:

1) Como calcular o rendimento?

Potência e Rendimento
Brasil Escola (Me. Rafael Helerbrock)
Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencia.htm

A partir da leitura do texto acima, responda às seguintes perguntas:

● O que é um sistema não conservativo?
● Quais são as possíveis formas de perda de energia?
● Como podemos definir rendimento?

Para saber mais, assista:

Potência e rendimento
Aula Online
Disponível em: https://youtu.be/bdoPOeL8Yiw

4ª Etapa: Cheque seus conhecimentos

Realizar questões de vestibular e do Enem é um excelente exercício durante estudo autodirigido, essas questões são seguidas de gabarito, incluindo as dissertativas. Abaixo, alguns exemplos de questões sobre o tema estudado:

1) (UFPE) Um automóvel se desloca em uma estrada plana e reta com velocidade constante v = 80 km/h. A potência do motor do automóvel é P = 25 kW. Supondo que todas as forças que atuam no automóvel sejam constantes, calcule o módulo da força de atrito total em newtons.
a) 1125
b) 2250
c) 3120
d) 3200
e) 4500
.
.
.
Resposta: A
Resolução:
Como potência pode ser definida como o produto da força pela velocidade, temos:
P = F. v
25 000 = F . 80/3,6 → F . 80 = 90.000 → F = 1125 N

Disponível em: https://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-potencia-mecanica-rendimento.htm#questao-4. Acesso em: 09 de setembro de 2020.

2) A potência disponível em uma queda d’água é de 800 kW. Qual é a potência útil que se pode obter com essa queda d’água se nela for utilizada uma máquina hidráulica de rendimento igual a 50%?
a) 500 kW
b) 600 kW
c) 200 kW
d) 480 kW
e) 400 kW
.
.
.
Resposta: E
Resolução:
Da definição de rendimento, temos que: η = P_útil/P_total x100%
50% = P_útil/800 x100% → P_útil= 800 x 0,5 = 400 KW

Disponível em: https://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-potencia-mecanica-rendimento.htm#questao-1. Acesso em: 09 de setembro de 2020.

3) (VUNESP) Os dragsters são veículos que, acelerando uniformemente, chegam a atingir velocidade de 360 Km/h em pistas planas e retas de 400 m de comprimento. Um dragster de 600 Kg de massa, que atinja essa marca, desenvolverá uma potência média em CV (Cavalo-Vapor) de aproximadamente:
(DADO: 1 CV = 735 W)
a) 500
b) 510
c) 1000
d) 1020
e) 1750
.
.
.
Resposta: B
Resolução:
A velocidade do veículo é 360 Km/h. Dividimos por 3,6 para transformar de Km/h para m/s, logo, 360 Km/h = 100 m/s. Aplicando o teorema da energia cinética, temos:
τ = EC FINAL – EC INICIAL
τ = ½ m.v2 – ½ m.v02 , como v0 = 0 , temos:
τ = ½ m.v2 = ½ 600.1002 = ½ 6000.000 = 3000.000 = 3 x 106J
Supondo que a aceleração seja constante, utilizando a equação de Torricelli, temos:
V2 = V02 + 2.a . ∆S
1002 = 0 + 2 . a . 400
10.000 = 800 a
a = 12,5 m/s2
Da expressão V = V0 + a .t, temos: 100 = 0 + 12,5 . t → t = 8s
Logo, como a potência é fruto da razão entre a energia e o tempo, temos:
P = (3×10^6)/8 = 3,75 x 10 5W, dividido por 735W, corresponde aproximadamente a 510 cv.

Disponível em: https://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-potencia-mecanica-rendimento.htm#questao-3 . Acesso em: 09 de setembro de 2020.

4) Um homem comeu uma refeição que totalizou 600 Kcal. Ao se exercitar, o indivíduo só conseguiu queimar a energia adquirida com a refeição depois de 6h de atividade. Determine a potência aproximada, em W, desenvolvida pelo homem.
Dados: 1 cal = 4J; 1 h = 3600 s; 1 Kcal = 1000 cal.
a) 102
b) 122
c) 152
d) 202
e) 112
.
.
.
Resposta: E
Resolução:
A energia total consumida pelo homem em joules é de 2.400.000 J (600 Kcal = 600. 1000 = 60.0000 cal. 4 = 2.400.000 J). A partir da definição de potência e sabendo que 6h correspondem a 21.600 s (6 x 3600s = 21.600 s), teremos:

Disponível em: https://exercicios.mundoeducacao.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-potencia-uma-forca.htm#resposta-4519 . Acesso em: 09 de setembro de 2020.

5) Um objeto é empurrado por uma força de intensidade 100 N que forma um ângulo de 60º com a horizontal. Sabendo que a velocidade do objeto durante a atuação da força é de 2 m/s, determine a potência média desenvolvida.
a) 50 W
b) 100 W
c) 150 W
d) 200 W
e) 250 W
.
.
.
Resposta: B

Resolução:
A potência pode ser definida em termos da força aplicada e da velocidade do objeto.

Disponível em: https://exercicios.mundoeducacao.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-potencia-uma-forca.htm#resposta-4520 . Acesso em: 09 de setembro de 2020.

6) (FGV) Depois de anos investigando o funcionamento de nossas pernas, um grupo de cientistas construiu uma traquitana simples, mas extremamente sofisticada, que é capaz de diminuir o consumo de energia de uma caminhada em até 10%.

REINACH, Fernando. “Quando um prato de feijão vai mais longe”,
in O Estado de São Paulo, 13/06/2015.

Uma pessoa caminhando, sem a traquitana, gasta 80 cal a cada metro. Utilizando o equipamento e reduzindo em 10% seu consumo de energia, essa pessoa percorreu uma distância D com velocidade média igual a 7,0 km/h e energia correspondente a um prato de feijoada de 504 kcal. Os valores da distância D e da potência P consumida na caminhada são, respectivamente:
Dado: 1 cal = 4 J
a) 5,7 km e 700 W
b) 6,3 km e 155 W
c) 6,3 km e 622 W
d) 7,0 km e 140 W
e) 7,0 km e 560 W
.
.
.
Resposta: E
Justificativa:
Com o uso da traquitana, o gasto de energia para cada metro caminhado é 10% menor. Como o consumo de energia sem o equipamento é de 80 cal por metro andado, com a ajuda do dispositivo, o consumo cai para 72 cal por metro andado.
A energia consumida corresponde a 504 kcal = 504. 1000 cal = 504.000 cal. Se para cada 1 metro de deslocamento, a energia consumida é de 72 cal, a distância percorrida com 504.000 cal é:

A energia total utilizada pode ser transformada em joules. Se cada caloria é equivalente a 4 J, podemos escrever que:

A potência da caminhada é definida pela energia total, em J, e o tempo de 1 h. Sabendo que a velocidade de deslocamento é de 7 km/h e que o deslocamento executado foi de 7 km, definimos que o tempo gasto foi de 1 h, que equivale a 3600 s.

Disponível em: https://exercicios.mundoeducacao.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-potencia-uma-forca.htm#resposta-4517 . Acesso em: 09 de setembro de 2020.

7) (Enem) Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia do sol em energia elétrica, que, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra o carro solar Tokai Challenger, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que venceu o World Solar Challenge de 2009, uma corrida internacional de carros solares, tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km/h.

Disponível em: www.physics.hku.hk. Acesso em: 3 de junho de 2015.

Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de área que chega à superfície da Terra) seja de 1 000 W/m2, que o carro solar possua massa de 200 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha uma área de 9,0 m2 e rendimento de 30%.
Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir do repouso, para atingir a velocidade de 108 km/h, é um valor mais próximo de
a) 1,0 s
b) 4,0 s
c) 10 s
d) 33 s
e) 300 s
.
.
.
Resposta: D

Resolução:

A cada 1 m2, a potência disponível é de 1000 W, portanto, para os 9 m2 das placas solares do carro, a potência disponível é de 9000 W. Como o rendimento é de apenas 30% (0,3), somente 2700 W serão efetivamente utilizados (9000. 0,3 = 2700). A partir da equação da potência de uma força, teremos:

A energia utilizada é a energia cinética, que se refere à velocidade de 108 km/h (30 m/s).

Disponível em: https://exercicios.mundoeducacao.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-potencia-uma-forca.htm#resposta-4518 . Acesso em: 09 de setembro de 2020.

Roteiro de estudos elaborado pelo Professor Elves Silva Moreira

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