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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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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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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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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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de Transporte


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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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de Transporte


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de Transporte


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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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de Transporte


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de Transporte


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de Transporte


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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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de massa) TIPOS DE MOVIMENTOS


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de massa)


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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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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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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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de massa)


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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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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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centro de massa


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centro de massa

Num sistema animado de movimento de rotação, a velocidade de

cada partícula é diferente


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centro de massa

o sistema é considerado um

sistema ideal, o que só existe

em teoria.


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centro de massa


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