Máquinas eficientes: como calcular potência – Física Enem

Você com certeza já sabe que uma Ferrari é mais potente do que um carro popular, não é mesmo? Isso acontece por vários motivos, mas o principal deles é a Potência do motor. Neste post, vamos conhecer melhor essa grandeza Física e entender o porquê de algumas máquinas serem mais rápidas que as outras. Confira!

A usina de Itaipu, localizada no Rio Paraná, era até 2012 a maior hidrelétrica do mundo. A sua Potência é de 14 mil megawatts (MW) distribuída em 20 unidades geradoras de 700 MW cada. Itaipu perdeu o lugar no Guinness Records quando a Usina de Três Gargantas foi inaugurada na China com a capacidade instalada de 18.200 MW.

máquinas eficientes

Outra marca interessante do livro é a do Irlandês Tom Gaskin. Ele levantou acima de sua cabeça um barril de cerveja pesando 63,1 kg por 720 vezes em um período de 6 horas em 1994. Já em 2010, o garçom Oliver Struempfel carregou 21 copos com capacidade de 1 litro, cheios de cerveja, por um percurso de 40 metros sem ajuda de uma bandeja. O seu recorde também entrou para o Guinness.

A palavra Potência está intrinsecamente ligada à ideia de poder. Quando falamos em uma máquina, carro ou ferramentas potentes, imaginamos algo veloz, capaz de realizar grandes atividades em pouco tempo. Você pode, por exemplo, fazer uma mudança por meio de várias viagens de um carro utilitário ou contratar um caminhão e concluir a tarefa em apenas um percurso.

Se a troca de endereço envolver outra cidade, um navio também pode ser utilizado e, ele é ainda mais potente, já que pode carregar os móveis e o próprio caminhão. Um caminhão é mais potente que um carro, assim como a hidrelétrica de Três Gargantas é mais potente que Itaipu ou o garçom do restaurante que você frequenta, já que provavelmente não consegue ser tão eficiente quanto Oliver Struempfel.

Várias máquinas (ou pessoas) podem realizar um mesmo Trabalho, mas algumas são mais rápidas. Isso é Potência! Como medir esse poder das coisas?

Como medir a potência das coisas

A relação entre o poder das coisas, Potência e o conceito de Trabalho (que explicamos aqui) (inserir link do post sobre Trabalho e Enercia) está um pouco confuso para você? Veja como é simples: o trabalho realizado por uma máquina (pessoa, ferramenta, veículo, etc.) está ligado à atividade que ela cumpre. Dependendo da máquina, o Trabalho pode ser realizado mais rápido ou bem devagar. O que é mais rápido, viajar de ônibus ou de avião?

Outra opção é imaginar que uma máquina realiza muito mais Trabalho que a outra em um mesmo tempo. Lembre-se que o navio consegue levar os móveis e o próprio caminhão em uma única viagem, logo ele é mais potente. Isso nos leva a concluir que: a Potência de uma máquina está relacionada com o Trabalho que ela realiza e com o tempo que ela leva para realizá-lo.


Potência de quem gosta de levantar barris de cerveja

Vamos usar a fórmula acima para ESTIMAR a Potência de Tom Gaskin, o levantador de barris de cerveja. Suponha que o sujeito leve um segundo para elevar o barril até o alto de sua cabeça. O que vamos precisar para encontrar o valor da sua Potência? Para encontrar esse valor, precisamos calcular o Trabalho realizado por ele, mas para encontrar o Trabalho necessitamos da Força e da distância percorrida.

Vamos estimar que a distância é a que vai do chão até o alto da cabeça do levantador. Pode ser, por exemplo, 2,20 m. A força tem que ser, no mínimo, igual ao peso do barril. que deve ser calculado pela fórmula P = m.g. Logo, temos:


A potência será esse valor dividido pelo tempo, logo o valor da Potência é:


Se você quer entender um pouquinho mais sobre Potência, assista a aula do professor Marcelo Boara. Não esqueça de voltar para fazer os exercícios. Bons estudos!

Exercício 1: (UFSCar-2003) De acordo com publicação médica especializada, uma pessoa caminhando à velocidade constante de 3,2 km/h numa pista plana horizontal consome, em média, 240 kcal em uma hora. Adotando 1,0 kcal = 4 200 J, pode-se afirmar que a potência desenvolvida pelo organismo e a força motriz exercida pelo solo, por meio do atrito, sobre os pés dessa pessoa valem, em média, aproximadamente,

a) 280 W e 0 N
b) 280 W e 315 N
c) 1 400 W e 175 N
d) 1 400 W e 300 N
e) 2 000 W e 300 N.

Exercício 2: (Fuvest-1997) Um atleta está dentro de um ele move para cima com velocidade constante V. Ele começa a levantar uma massa de 100kg, inicialmente apoiada no piso do elevador, quando este passa pela altura z=0,0m, e termina quando o piso do elevador passa por z=27,0m. A massa é levantada pelo atleta até uma altura de 2,0m acima do piso do elevador. O trabalho realizado pelo atleta sobre a massa é W. A variação da energia potencial da massa durante o levantamento, em relação ao referencial da Terra, é U. Podemos afirmar, usando g=10m/s2 , que:

a) W = 2.000J e U = 2.000J
b) W = 2.000J e U = 29.000J
c) W = 27.000J e U = 27.000J
d) W = 2.000J e U = 27.000J
e) W = 29.000J e U = 29.000J

Exercício 3: (Enem 2010) Com o objetivo de se testar a eficiência de fornos de micro-ondas, planejou-se o aquecimento em 10°C de amostras de diferentes substâncias, cada uma com determinada massa, em cinco fornos de marcas distintas. Nesse teste, cada forno operou à potência máxima. O forno mais eficiente foi aquele que

a) forneceu a maior quantidade de energia às amostras.
b) cedeu energia à amostra de maior massa em mais tempo.
c) forneceu a maior quantidade de energia em menos tempo.
d) cedeu energia à amostra de menor calor específico mais lentamente.
e) forneceu a menor quantidade de energia às amostras em menos tempo.

Exercício 4: (UFMG-2003) Para chegar ao segundo andar de sua escola, André pode subir por uma escada ou por uma rampa. Se subir pela escada, com velocidade constante, ele demora 10s; no entanto, se for pela rampa, com a mesma velocidade, leva 15s. Sejam WE o trabalho realizado o PE a potência média desenvolvida por André para ir ao segundo andar pela escada. Indo pela rampa, esses valores são, respectivamente, WR e PR. Despreze perdas de energia por atrito. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que:

a) WE WR e PE < PR b) WE WR e PE > PR
c) WE = WR e PE < PR d) WE = WR e PE > PR

Gabarito:

1- B, 2-B, 3-C, 4-D

Referência:

GREF – Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Volume 1
Só Física: http://www.sofisica.com.br/

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Rosângela Menezes é formada em Licenciatura em Física pela Universidade Federal do Amazonas e em Jornalismo pela Universidade Federal de Santa Catarina. Atuou como professora por 10 anos e, atualmente, escreve textos sobre Ciência e Tecnologia.