Trabalho da força de atrito e variação de energia cinética
30 de maio, 2015 às 13:46 | Postado em Atrito, Mecânica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Quando andamos o trabalho realizado pela força de atrito estático é zero? Caso seja nulo o trabalho, então que força realiza trabalho para uma variação positiva de energia cinética de uma pessoa?
De fato quando andamos, dado que o solado do calçado NÃO desliza sobre o pavimento e portanto a força de atrito entre ambos é estática, NÃO há realização de trabalho pela força de atrito no sistema de referência do pavimento.
O Teorema Trabalho-Energia Cinética (TTE) para um sistema S não rígido, constituído por subsistemas que interagem externa e internamente ao sistema, afirma que a variação da energia cinética de S é igual ao somatório dos trabalhos das forças internas e externas a S. O somatório dos trabalhos de todas as forças pode ser diferente do trabalho da força resultante sobre S pois para a força resultante somente importam as forças externas a S já que as forças internas se anulam aos pares (Terceira Lei de Newton).
Desta forma, em acordo com o TTE pode acontecer que um sistema modifique sua energia cinética mesmo quando as forças externas não realizam trabalho.
Um caso facilmente inteligível é o da bicicleta com o ciclista ou do automóvel que se deslocando sobre uma pista horizontal ganhando ou não ganhando energia cinética. Neste caso é evidente que o trabalho é realizado INTERNAMENTE à bicicleta-ciclista ou ao automóvel. Digo que é evidente pois o ciclista notoriamente despendi energia e o motor do automóvel consome combustível. É o ciclista ou o motor que realizando trabalho interno ao sistema, além de suprir as perdas de energia devido a todas as resistências, pode ainda aumentar a energia cinética do sistema. E quando em uma frenagem na qual não ocorre deslizamento do pneu sobre a superfície de rolamento (portanto as forças atrito entre os pneus a pista são estáticas e não realizam trabalho), são as forças de atrito cinético internas ao automóvel (no sistema de freio e até no freio motor) que realizam trabalho resistivo ocasionando a perda de energia mecânica.
No caso de uma pessoa que se move, ganhando ou não energia cinética, como a força de atrito estático entre o solado do calçado e o pavimento sobre o qual ela se desloca NÃO realiza trabalho (a força de atrito estático não se desloca em relação ao pavimento), o trabalho é realizado internamente pelos músculos que movem partes do corpo (por exemplo as pernas) em relação ao restante do corpo.
Há muitas postagens no Pergunte ao CREF sobre este tema, acessíveis em Teorema Trabalho-Energia Cinética.
Finalmente indico esta dissertação de mestrado profissional em ensino de Física da UFRJ: TRABALHO E ENERGIA: UMA NOVA ABORDAGEM SOBRE A TRANSFORMAÇÃO E CONSERVAÇÃO DE ENERGIA.
“Docendo discimus.” (Sêneca)
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Boa tarde
No caso do atrito motor, bloco sendo arrastado na carroceria de um caminhão, neste caso o atrito no bloco é no mesmo sentido do movimento do caminhão. Neste caso a atrito realiza trabalho?
Att. Nascimento
Se houver força de atrito e o bloco se deslocar no sistema de referência da estrada, então neste sistema de referência a força de atrito realiza trabalho.
Eu expliquei hoje numa apresentação o que o senhor falou nesse texto, mas recebi questionamentos do professor e colegas de classe aos quais não pude responder adequadamente.
Eles discordaram da ideia de que a força de atrito não realiza trabalho algum, mesmo que não haja deslizamento da sola do pé.
Utilizando a segunda lei de Newton, que nos diz que a aceleração do centro de massa do sistema (neste caso o corpo da pessoa) é igual a força externa resultante dividida pela massa, chegamos a versão do teorema trabalho-energia cinética que mostra que a variação da energia cinética do centro de massa do sistema (ou seja, a variação da energia cinética de translação do sistema) é igual ao trabalho da força resultante sobre o sistema.
Ora, a força externa resultante sobre o sistema neste caso é o atrito. Como conciliar isso com a explicação que o senhor deu para a força de atrito não fazer trabalho, já que a força de atrito só age na região de contato do sistema (a pessoa) com o chão, sendo tal região de contato a sola do pé, que não desliza, não havendo portanto deslocamento onde a força de atrito age, e assim não havendo trabalho?
A resposta se encontra em Outra vez o mau uso do Teorema Trabalho Energia Cinética.