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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.