A.3 · Trabalho, energia e potência

Esta apostila cobre tópicos selecionados de HL para o curso avaliado pela primeira vez em 2025; não constitui o programa completo.

Pré-requisitos: ler as quantidades e unidades declaradas, e usar aritmética e as condições do modelo abaixo.

Os exemplos são originais e fictícios: não são medições reais nem investigações reais de estudantes.

O que explicaria esta observação?

• Um motor pode transferir parte da energia de entrada para elevação e o restante para aquecimento. A saída útil é parte da transferência total de energia.

Construa o modelo

• Trabalho realizado por uma força constante paralela ao deslocamento é força multiplicada pela distância.
• Energia cinética depende do quadrado da velocidade.
• A energia é conservada quando todas as transferências e estoques são incluídos.
• Potência: Energia transferida por unidade de tempo.
• eficiência: Saída útil dividida pela entrada total.

Escolha evidências que possam testá-lo

• Defina o sistema e a saída útil antes de calcular a eficiência.
• Dobrar a velocidade quadruplica a energia cinética em massa constante.
• Potência descreve transferência por unidade de tempo, não energia total.

No laboratório: Meça uma altura de elevação e a carga, cronometre a elevação e registre a entrada elétrica com instrumentos adequados. Repita os ensaios e considere aquecimento ou atrito como transferências, não como energia perdida.

Trabalhe a partir de quantidades conhecidas

• Conhecido: um dispositivo recebe 600 J e transfere 420 J de forma útil.
• Eficiência = saída útil / entrada total.
• Eficiência = 420/600 = 0.70 = 70%.
• Em 3 s, a potência útil = energia útil/tempo = 420/3 = 140 W.

Sua vez: Um dispositivo recebe 250 J e fornece 150 J de saída útil. Encontre a eficiência em porcentagem.

Verifique a conclusão e seus limites

• A eficiência não pode exceder 100% para um balanço de energia bem definido.
• Energia dissipada pelo aquecimento ainda é conservada.

Não é verdade: A energia dissipada é destruída. A energia sempre é conservada. "Dissipado" significa espalhado para o ambiente como calor, onde se torna difícil reutilizar - não destruído.

Chave:

• Trabalho realizado por uma força constante paralela ao deslocamento é força multiplicada pela distância.
• Defina o sistema e a saída útil antes de calcular a eficiência.
• Observe: a eficiência não pode exceder 100% para um balanço de energia bem definido.

Escreva com base em uma eficiência de 45 por cento

• Um dispositivo recebe 200 J e fornece 90 J de saída útil.
• Encontre a eficiência. O outro energia é dissipada, não destruída.

Escreva a partir de uma saída útil de 750 joules

• Uma máquina recebe 1,200 J com eficiência de 62.5 por cento.
• Saída útil = 0.625 × 1,200 = 750 J, dissipado 450 J — energia contabilizada, nunca destruída.

Escreva com base em uma eficiência de 25 por cento

• Um motor de elevador consome 4,000 J por andar e fornece 1,000 J de elevação útil.
• Eficiência = 1,000 ÷ 4,000 = 25 por cento, e os outros 3,000 J aquecem o motor e o cabo — indique para onde vão.

Escreva com base em um diagrama de Sankey

• Um diagrama mostra 100 J entrando: uma seta útil de 70 J e uma seta desperdiçada de 30 J.
• Eficiência 70 por cento — e a LARGURA da seta desperdiçada representa a quantidade: um diagrama de Sankey é um balanço energético desenhado em escala.