Vamos começar nossa seção aprendendo um conceito chamado trabalho. Trabalho? Isso mesmo! Mas, aqui, o significado dessa palavra é bem diferente daquele que utilizamos em nosso dia a dia.
Lembra de quando tivemos o primeiro contato com o significado de força, lá na Dinâmica? Então, uma das coisas que vamos fazer aqui nesse capítulo é relacionar aquelas mesmas forças que aprendemos a uma medida de energia. Relacionar força e energia, como vamos fazer isso? Não se preocupe, você vai entender isso agora.
Imagine que você decida limpar sua cozinha e, para isso, precisa mover a geladeira de lugar. Concorda que para empurrá-la você vai precisar fazer força? E que quanto mais longe você tiver que empurrar, mais energia você vai gastar e mais você vai se cansar? Com certeza, mas a questão principal é: quanta energia você vai gastar? É justamente para responder isso que surge o conceito chamado trabalho. Ele que relaciona a força e a distância que você empurrou com a energia gasta.
Mas, como essa relação é feita? Através do produto da força (F) pela distância (d) que essa força foi aplicada. Expressando isso matematicamente, temos a seguinte equação:
Percebeu que no desenho que acabamos de ver a força aplicada na geladeira é exatamente paralela ao chão? Mas e se isso não for verdade, como mostrado no desenho aqui ao lado, muda alguma coisa? Com certeza!
Se a força não for paralela ao deslocamento da geladeira, apenas a componente horizontal dessa força é que realiza trabalho. Na prática, isso significa adicionar mais um termo a nossa equação. Neste caso, o trabalho vai depender da intensidade da força (F), da distância que a geladeira percorreu enquanto essa força era aplicada (d) e do cosseno do ângulo que essa força faz com a horizontal:
Ainda não estudamos profundamente energia, mas é importante você saber que trabalho e energia são muito similares. Ambos representam praticamente a mesma coisa. Tanto um quanto outro são grandezas escalares, tendo como unidade no S.I. o joule [J].
Informação importante: Perceba que a expressão do trabalho envolve o cosseno do ângulo. Sendo assim, é esse termo da equação que determina o sinal do trabalho.
Análise Gráfica do Trabalho
Aqui vamos continuar estudando aquele exemplo da geladeira, mas agora vamos colocar alguns números para facilitar nosso entendimento. Suponha que você consiga empurrar a geladeira com uma força de 5 N durante 4 metros, após esta distância, você começa a cansar e a intensidade da força começa a diminuir. Mas diminuir quanto? Ela diminui linearmente conforme aumenta a distância que você empurra, de uma forma que, após ter empurrado durante seis metros, você vai estar muito cansado e não terá mais forças. A pergunta agora é: como podemos calcular o trabalho que você fez sobre a geladeira, já que a força não é mais constante? Para responder isso, a primeira coisa que devemos fazer é traçar o gráfico dessa força em função da distância percorrida:
Agora que temos o gráfico, nossa vida ficou mais fácil! O trabalho realizado pela força que você fez é numericamente igual a área que está entre o gráfico e o eixo horizontal, exatamente como representado abaixo:
Neste caso, o trabalho realizado é 25 joules.
Você precisa saber:
Quando a força é aplicada a favor do deslocamento, o trabalho realizado por ela é positivo (W+).
Quando ela é aplicada contra o deslocamento, realiza um trabalho negativo (W-).