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2 Energia Em
Movimentos Transferências e transformações de energia em sistemas
complexos
2.1 Transferências e transformações de energia em sistemas complexos
Os vários meios de transporte conhecidos são considerados, do ponto de vista físico, como sendo sistemas complexos.
O estudo do movimento de um veículo motorizado pode ser simplificado recorrendo-se ao modelo da partícula material, cuja validade é determinada pelas características do sistema e do movimento de que está animado.
O trabalho realizado pelas diversas forças constantes que atuam no centro de massa de um corpo (ou de um sistema de corpos) em movimento permite determinar a quantidade de energia transferida durante o processo.
No caso particular de o trabalho calculado ser negativo, reconhece-se a existência de forças dissipativas que atuam durante o movimento de translação do sistema.
4/20/2013 Dulce Campos
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
Num sistema termodinâmico não se podem desprezar
as variações de energia interna ocorridas, pois o
elevado número de partículas que o constituem
encontram-se, do ponto de vista microscópico, em
movimento relativo constante e, desta forma, a
interagir umas com as outras.
Neste tipo de sistemas a importância reside sobretudo
na energia interna e nas variações que ela sofre, por
serem consideradas dominantes.
Estas variações de energia interna são traduzidas pela
1." Lei da Termodinâmica. Exemplos
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
Denominados sistemas mecânicos, em que importa
descrever o seu movimento do ponto de vista
macroscópico (por exemplo' o deslocamento de um
objeto de um local para outro).
Consideram-se somente as quantidades de energia útil
e dissipada que estão associadas ao movimento efetivo do sistema, desprezando-se as alterações de
energia interna.
Num sistema mecânico' é importante analisar as
variações de energia mecânica que ocorrem.
O sistema roldana-
fio-corpo o sistema caixote-homem
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
A forma mais adequada de medir a transferência de energia entre sistemas mecânicos é através do trabalho mecânico realizado por ou sobre o sistema em causa.
O estudo do sistema mecânico deverá ser feito tendo em conta:
energia cinética macroscópica - associada à velocidade do sistema que se movimenta como um todo;
energia potencial gravítica - associada à posição relativa do sistema em interação com o outro
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
E quando se trata sistemas em que não é possível
desprezar nenhum dos dois tipos de variação de energia? Como se define um sistema nestas
condições?
SISTEMA COMPLEXO 4/20/2013 Dulce Campos
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
Num sistema complexo, não isolado e que não
esteja em equilíbrio com a sua vizinhança, é
preciso ter em conta a existência de dissipação
de energia, devido à variação de energia
interna que em simultâneo, ocorre com a
variação da energia mecânica isto significa que
a energia útil é sempre inferior à energia total
fornecida.
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
Admita que cada litro de gasolina queimada no motor de um automóvel contém uma energia química de cerca de seis milhões de calorias e é utilizado aproximadamente um milhão de calorias pata fazer deslocar o automóvel. Relativamente à energia dissipada, cerca de três oitavos são absorvidos pelo sistema de arrefecimento e cinco oitavos perdidos como calor nos gases de escape e por atrito nas diversas partes móveis do automóvel.
Calcule a energia útil em unidades Sl.
Calcule, em unidades Sl, a energia dissipada no sistema de arrefecimento do automóvel
Calcule o rendimento do automóvel.
Desenhe o diagrama de energias referente ao automóvel.
Exercício
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
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Sistemas Complexos - Meios
de Transporte
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Sistema Mecânico. Modelo
da partícula material (centro
de massa)
Um sistema complexo pode estar
animado de diferentes tipos de
movimentos, em particular, movimentos
de translação, movimentos de rotação
ou uma combinação dos dois
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Sistema Mecânico. Modelo
da partícula material (centro
de massa) TIPOS DE MOVIMENTOS
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Sistema Mecânico. Modelo
da partícula material (centro
de massa)
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Sistema Mecânico. Modelo
da partícula material (centro
de massa) Para prosseguir no estudo do movimento de translação de
um sistema complexo, é necessário proceder a algumas
simplificações úteis.
O automóvel é um sistema complexo (termodinâmico
e mecânico).
No entanto, ao estudar o movimento de translação
recti1ínea de um automóvel ou de qualquer outro
veículo motorizado (mota, avão, etc.), não interessa
reconhecer a variação da energia interna que ocorre
no seu interior e nas suas vizinhanças, devido aos atritos internos, ao aquecimento dos gases de escape
ou à emissão de energia radiante, etc.
Interessa apenas considerar a quantidade de energia
úti1 que efetivamente contribui para a alteração da
posição e do estado de repouso/movimento do corpo,
do ponto de vista macroscópico.
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Sistema Mecânico. Modelo
da partícula material (centro
de massa) Considera-se o automóvel como SISTEMA MECÂNICO
supondo que as dimensões do sistema são desprezáveis relativamente às da trajetória descrita' pode simplificar-se ainda mais o estudo do movimento em causa.
Representa-se o sistema através de um ponto muito especial – o chamado centro de massa (CM) do sistema. O centro de massa apresenta as seguintes características:
Recorre-se, portanto, a um modelo físico denominado modelo da partícula material ou modelo do centro de massa.
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Sistema Mecânico. Modelo
da partícula material (centro
de massa)
Todas as Partículas de
um
sistema mecânico têm a
mesma
velocidade.
Durante a execução
de um grand jeté, o
centro de massa da
bailarina descreve
uma trajetória
curvilínea 4/20/2013 Dulce Campos
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Sistema Mecânico. Modelo
da partícula material (centro
de massa)
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Sistema Mecânico. Modelo
da partícula material (centro
de massa) A utilidade do modelo da partícula material(PM)reside
na possibilidade de representar todas as forças que
atuam no sistema através do denominado diagrama
de corpo livre ou diagrama de forças'
Caixote que sofre a ação
de uma
Força F . Diagrama de corpo livre do
sistema
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Validade da representação de
um sistema pelo respetivo
centro de massa
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Validade da representação de
um sistema pelo respetivo
centro de massa O modelo da PM apresenta muitas vantagens mas requer
cuidado quando da sua utilização.
1. Ao representar um sistema pelo seu centro de massa, reduz-se o sistema - que é constituído por um número ilimitado de partículas a uma só partícula, neste caso, a um ponto. Não interessa ter em conta a estrutura, a forma e a constituição do sistema. Todas as partículas tem igual comportamento.
2. Os sistemas mecânicos, deverão ser rígidos e indeformáveis, visto que, para representar o sistema pelo seu centro de massa, não podem existir alterações nas posições relativas e nas velocidades das diferentes partículas que constituem o sistema, pelo que se pode desprezar a variação da energia interna com um menor risco de perder precisão 4/20/2013 Dulce Campos
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Validade da representação de
um sistema pelo respetivo
centro de massa
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Validade da representação de
um sistema pelo respetivo
centro de massa
Num sistema animado de movimento de rotação, a velocidade de
cada partícula é diferente
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Validade da representação de
um sistema pelo respetivo
centro de massa
o sistema é considerado um
sistema ideal, o que só existe
em teoria.
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Validade da representação de
um sistema pelo respetivo
centro de massa
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