Como é que o trabalho... trabalha? - Peter Bohacek

Assista à aula completa em: http://ed.ted.com/lessons/how-does-work-work-peter-bohacek

Os conceitos de trabalho e potência nos ajudam a desvendar e entender muitas das leis da física que governam nosso universo. Nesta aula, Peter Bohacek explora a interação de cada conceito quando aplicado a dois objetos comuns - uma lâmpada e um relógio de parede.

Aula de Peter Bohacek, animação de Luke Cahill.

Na Física,

os conceitos de trabalho e potência nos ajudam a entender

e explicar muitas coisas no nosso universo.

Vamos começar com trabalho.

Trabalho positivo é a energia que colocamos num sistema,

e trabalho negativo é a energia que é liberada.

Pense no trabalho positivo como o dinheiro que é depositado em sua conta bancária,

e no trabalho negativo como o dinheiro que é sacado.

No sistema métrico,

trabalho e energia são medidos em Joules.

Como exemplo, vamos pegar um bonito relógio antigo mecânico.

Transferimos energia para o relógio

quando damos corda nele

para levantar os pesados cilindros metálicos dentro do relógio.

Quando fazemos isso, estamos fazendo trabalho positivo,

adicionando energia ao relógio,

e essa energia é estocada como energia gravitacional potencial.

Podemos calcular a quantidade de trabalho feito multiplicando a força que aplicamos

vezes a distância na qual aplicamos a força.

Para levantar os cilindros metálicos,

precisamos aplicar uma força igual ao peso deles.

Isto é, igual à força da gravidade

puxando para baixo os cilindros.

Esses cilindros pesam 300 Newtons,

que é muito peso,

quase o equivalente ao peso de uma criança pequena,

e se os levantarmos meio metro,

então multiplicamos 300 Newtons

vezes meio metro

ou 150 Joules de trabalho.

Potência é a taxa na qual a energia é liberada.

Quando dizemos taxa,

queremos dizer a quantidade de energia liberada

por unidade de tempo.

No sistema métrico, a potência é medida em

Joules por segundo,

ou Watts.

O termo Watt remonta a James Watt,

que surgiu com o conceito de hp (cavalo-força)

para medir a quantidade de potência

produzida por um típico trabalho de cavalo.

James Watt era um produtor de motores a vapor industriais,

e queria que seus potenciais clientes

fossem capazes de comparar

seus motores a vapor e uma medida familiar,

a potência que eles poderiam obter de um cavalo trabalhando.

Foi uma ideia tão útil

que o sistema métrico para potência, o Watt,

recebeu esse nome por causa de James Watt.

Seguindo os passos de James Watt,

vamos comparar a quantidade de energia necessária

para fazer funcionar este relógio de parede

com a potência que seria necessária para fazer funcionar

um lâmpada de 100 Watts.

Podemos medir a potência que uma pessoa usa

para dar corda no relógio

dividindo a quantidade de trabalho que eles fizeram

pelo tempo que levaram para fazer isso.

Se levar 1 minuto, ou seja, 60 segundos,

para levantar os pesos,

então eles estão fazendo 150 Joules

divididos por 60 segundos,

ou seja, 2,5 Joules por segundo de trabalho.

Eles estão adicionando energia ao relógio

na taxa de 2.5 Watts.

Precisaríamos de aproximadamente 40 vezes mais

para fazer funcionar uma lâmpada brilhante de 100 Watts.

Antes de deixarmos o relógio funcionar,

a energia é armazenada

como energia gravitacional potencial dos cilindros.

É como se fosse sua conta de banco

quando você acaba de depositar dinheiro.

Mas se deixarmos o relógio funcionar,

os cilindros vão se mover lentamente para baixo.

Energia está deixando o relógio.

Na realidade, quando os cilindros chegam ao fundo,

toda a energia que colocamos dentro terá saído.

Então, quanta potência o relógio usa?

Isto é, quantos Joules de energia por segundo deixam o relógio

se são necessários 5 dias para os cilindros retornarem a sua posição original?

Podemos descobrir isso

porque já sabemos quanto trabalho fizemos

quando levantamos os cilindros:

150 Joules.

Mas, dessa vez, isso levou 5 dias em vez de um minuto.

Cinco dias é 5 vezes 24

vezes 60

vezes 60 de novo

ou seja, 432.000 segundos.

Então a gente divide o trabalho feito pelo tempo

e encontra a resposta de aproximadamente 0,00035 Joules por segundo,

ou cerca de 0,35 miliwatts.

Essa é uma quantidade muito pequena de potência

Este relógio usa tão pouca potência

que poderíamos fazer funcionar quase 300.000 relógios

usando a mesma potência necessária para fazer funcionar uma lâmpada de 100 Watts.

Isso mesmo, poderíamos fazer funcionar um relógio em todas as casas

de uma cidade de tamanho médio com toda essa potência.

Essa é uma conclusão impressionante

e demandou conhecimento sobre trabalho

e potência para descobrir.