Introdução
Nesta seção, você irá explorar os fundamentos de trabalho e energia mecânica, conceitos essenciais na física aplicada à automação industrial. Entenderemos como forças produzem deslocamentos, como energia é transformada e como essas ideias se conectam a sistemas reais de movimentação mecânica, como atuadores e robôs.
Conceito de Trabalho (Física)
Definição
O trabalho realizado por uma força é a medida da energia transferida a um corpo em deslocamento.
Equação
W = F × d × cos(θ), onde θ é o ângulo entre a força e o deslocamento.
Interpretação
O trabalho será positivo se a força contribui com o movimento, nulo se for perpendicular e negativo se se opuser ao movimento.
Unidade
Joule (J) = Newton x Metro
Trabalho e Energia
Exemplos de Cálculo de Trabalho
150J
Força na mesma direção
Força de 50 N aplicada em uma caixa por 3 metros na mesma direção: W = 50 × 3 × cos(0°) = 150 J.
0J
Força perpendicular
Força perpendicular ao deslocamento (como uma força normal): W = 0.
-40J
Força contrária
Força contrária ao deslocamento: um atrito de 20 N atuando sobre 2 m → W = -40 J.
1- Quando θ = 0º
Se 𝑐𝑜𝑠0° = 1, consequentemente 𝑊 = 𝐹. 𝑑. 1 = 𝐹. 𝑑 . A Força tem a mesma direção que o deslocamento.
2- Quando θ = 90º
Se 𝑐𝑜𝑠90° = 0 (força é perpendicular à direção do deslocamento), consequentemente 𝑊 = 𝐹. 𝑑. 0 = 0 Então, para situações físicas onde existem forças perpendiculares a direção do deslocamento, essas forças não realizam trabalho.
3- Quando θ = 180º
Se 𝑐𝑜𝑠180° = −1 (força tem direção contrária à direção do deslocamento), consequentemente 𝑊 = 𝐹. 𝑑. (−1) = −𝐹. 𝑑. Um exemplo muito conhecido desse caso é o trabalho da força de atrito, visto que a mesma atua em direção contrária a direção do deslocamento de um corpo. 𝑊 = 𝐹. 𝑑. (-1) = -𝐹. 𝑑
Teorema da Energia Cinética
Definição do Teorema
O trabalho da força resultante é igual à variação da energia cinética: W = ΔEc = Ec_final - Ec_inicial.
Aplicação Prática
Se aplicamos uma força a um corpo inicialmente parado, todo o trabalho se converte em Ec.
Utilidade na Automação
Útil para prever velocidades em sistemas automatizados.
Aplicações na Automação Industrial
Sistemas automatizados como pistões, braços robóticos e transportadores utilizam princípios de trabalho e energia para operar. Conhecer os conceitos permite dimensionar componentes e avaliar rendimento energético em sistemas industriais.
