Trabalho, potência e rendimento — Física, 14–17 anos
Estas ideias distinguem a quantidade de energia transferida da rapidez dessa transferência e da parte que é útil. Tornam mensuráveis as máquinas e o esforço humano.
Três medidas úteis
O trabalho mecânico é energia transferida quando uma força move um objecto: trabalho = força × distância na direcção da força. A potência indica a rapidez desse trabalho: potência = trabalho ÷ tempo. O rendimento compara o resultado útil com a energia total fornecida, geralmente em percentagem.
Porquê estas medidas surgiram
Levantar uma caixa pesada e uma leve pode exigir energias diferentes, mas duas máquinas podem fazer o mesmo trabalho a velocidades muito diferentes. Os engenheiros precisavam de uma linguagem para o trabalho, a rapidez e as perdas. Trabalho, potência e rendimento respondem a essas três perguntas práticas.
Exemplo resolvido
Um guincho levanta uma carga de 50 kg a 4 m em 10 s. Tomando g = 10 N/kg, a força de elevação é 50 × 10 = 500 N. O trabalho é 500 × 4 = 2 000 J. A potência é 2 000 ÷ 10 = 200 W. Se usou 2 500 J, o seu rendimento foi 2 000 ÷ 2 500 × 100 = 80%.
O erro comum
Um erro comum é dizer que uma força maior significa sempre mais trabalho. Parece natural, porque empurrar com mais força dá a sensação de fazer mais. Mas, se o objecto não se mover, ou se a força for perpendicular ao movimento, essa força não transfere trabalho mecânico; a direcção e a distância contam.
Onde é usado
A potência de uma chaleira indica a rapidez com que pode aquecer água, enquanto o rendimento compara o aquecimento útil com a energia eléctrica fornecida. Motores de automóveis, elevadores e painéis solares também são avaliados pela potência e pelo rendimento. Os atletas usam potência para descrever a rapidez com que transferem energia num sprint ou salto.
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