Trabalho mecânico
Informe a força, o deslocamento e o ângulo entre eles. Use zero grau quando a força atuar no mesmo sentido do movimento.
Sobre o cálculo do trabalho mecânico
O trabalho mecânico descreve a energia transferida por uma força enquanto seu ponto de aplicação se move. Para uma força constante e um deslocamento retilíneo, o trabalho é uma grandeza escalar dada por W = Fd cos(θ). Nessa expressão, F é o módulo da força em newtons, d é o módulo do deslocamento em metros e θ é o ângulo entre os vetores força e deslocamento. A multiplicação de newtons por metros resulta em joules, a unidade do SI tanto para trabalho quanto para energia.
O fator cosseno seleciona a componente da força que atua na direção do movimento. A zero grau, força e deslocamento têm o mesmo sentido, o cosseno é um e toda a força realiza trabalho positivo. A 90 graus, a força é perpendicular ao movimento e realiza trabalho nulo. Um exemplo conhecido é o movimento circular uniforme: a força centrípeta, voltada para o centro, é perpendicular ao movimento instantâneo, alterando a direção, mas não o módulo da velocidade. Para ângulos maiores que 90 graus e menores que 270 graus, o cosseno é negativo e a força retira energia mecânica do objeto.
Trabalho negativo não significa que não houve interação física. Significa que a componente da força se opõe ao deslocamento. O atrito sobre um objeto que desliza geralmente realiza trabalho negativo, enquanto uma força de tração aplicada pode realizar trabalho positivo. O trabalho resultante de todas as forças é igual à variação da energia cinética, relação conhecida como teorema trabalho-energia. Assim, calcular separadamente o trabalho de cada força e somar os valores com seus sinais permite prever como o módulo da velocidade de um objeto muda.
Esta calculadora pressupõe força constante, ângulo constante e um único deslocamento retilíneo. Se a força variar com a posição, o trabalho será a integral da componente da força ao longo da trajetória. Molas, resistência variável de fluidos e empuxo variável de motores exigem esse tratamento mais geral. Uma trajetória curva também pode exigir a divisão do movimento em pequenos trechos quando a direção da força muda em relação ao deslocamento.
Use módulos em newtons e metros e informe o ângulo entre eles em graus. O resultado apresenta o trabalho em joules e a componente da força paralela ao movimento. Diferencie deslocamento de comprimento total da trajetória: somente o deslocamento durante o qual a força e o ângulo informados se aplicam deve entrar nesta fórmula. A calculadora é útil para exercícios de mecânica e estimativas, mas sistemas complexos também podem envolver trabalho de rotação, deformação, calor e perdas.
Perguntas frequentes
Quando o trabalho é positivo?
O trabalho é positivo quando a força tem uma componente no sentido do deslocamento. Ela transfere energia para o objeto ou sistema em movimento.
O trabalho mecânico pode ser negativo?
Sim. O trabalho é negativo quando uma componente da força se opõe ao deslocamento, como o atrito costuma fazer em um objeto que desliza.
Por que uma força perpendicular não realiza trabalho?
Uma força perpendicular não tem componente na direção do deslocamento, então o produto escalar entre eles é zero. Ainda assim, ela pode alterar a direção da velocidade sem mudar a energia cinética.
Qual ângulo devo informar para uma força paralela?
Informe zero grau quando a força e o movimento tiverem o mesmo sentido. Informe 180 graus quando os sentidos forem exatamente opostos.
Esta fórmula se aplica a uma força variável?
Não diretamente, pois esta calculadora pressupõe que a força e o ângulo permanecem constantes. Uma força variável exige a integração de sua componente ao longo da trajetória.