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Potência

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O que é potência?

A potência mecânica é uma grandeza escalar que indica a velocidade com que algo transforma ou transfere energia mecânica em outro tipo de energia através do trabalho realizado por uma força. No SI, a unidade de potência é J/s (joule por segundo) que também é conhecido por W (watt). Então, W = J/s.

Um exemplo interessante para compreendermos a questão das unidades dessa grandeza é quando uma empilhadeira, ao levantar um objeto, trabalha com uma potência mecânica de 450 W, isso significa que a empilhadeira transfere 450 joules/segundo de energia mecânica para esse objeto.

Além das unidades que citamos acima, foram usadas outras: HP (horse-power) e CV (cavalo-vapor), ambas possuem uma relação com watt:

1 CV = 735 W.

1 HP = 746 W.

Dentro do conceito de potência mecânica, podemos subdividir em dois tipos: potência média e potência instantânea.

Potência Média

Quando uma máquina realiza trabalho τ num certo intervalo Δt de tempo através de uma força aplicada, podemos calcular a potência média que essa máquina possui, pois esse trabalho é a quantidade de energia mecânica (ΔEm) transferida durante esse tempo. Então, a potência média é calculada através da seguinte fórmula:

formula-potencia-1

Exemplo 1) Em uma pista de corrida ideal, um carro de massa 1000 kg varia a sua velocidade de 0 a 90 km/h em um tempo de 10 segundos. Qual a potência média do motor desse carro nessa arrancada?

Resolução: Nesse sistema acontece uma transferência de energia do motor para o carro através do trabalho, chamada de energia cinética, ou seja, o trabalho foi transformado em energia cinética. Então:

90 km/h = 25 m/s, assim podemos calcular o trabalho:

formula-potencia-2

Agora como sabemos o valor do trabalho, vamos calcular a potência média:

formula-potencia-3

Exemplo 2) Uma empilhadeira levanta uma caixa com peso de 5 kN do chão até uma altura de 3 m num tempo de 14 segundos. Qual a potência média desse levantamento?

Resolução: Nesse movimento acontece uma transferência de energia. A empilhadeira realiza trabalho para levantar a caixa, e a caixa, por sua vez, ganha energia potencial gravitacional. Então podemos calcular o trabalho realizado:

formula-potencia-4

Agora calculamos a potência média:

formula-potencia-5

Potência Instantânea

Calculamos a potência instantânea quanto o instante de tempo  tende a zero, ou seja, o instante de tempo é próximo de zero. Utilizamos a seguinte fórmula para calcularmos a potência instantânea:

formula-potencia-8

Potência

Quando a força tem o mesmo sentido da velocidade, temos cos 0º = 1, então:

formula-potencia-9

Potência

Diagrama da Potência

Numa situação onde a potência seja constante, temos:

Potência

Nesse caso, para encontrar o trabalho é só encontrar a área da figura:

formula-potencia-6

Rendimento

Toda máquina na execução de trabalho está transferindo energia mecânica ao passar do tempo, então há uma potência mecânica chamada de potência útil (Pútil). Porém, antes de executar determinado trabalho é necessário existir uma energia para que essa máquina trabalhe. Denominamos essa potência de entrada como potência total (Ptotal).

Então, para calcularmos o rendimento ou eficiência (η) utilizamos a seguinte fórmula:

formula-potencia-7

Quando dizemos que um motor elétrico possui um rendimento mecânico de 95% (η) isso significa que a sua potência útil é de 95% da potência total.

Augusto Abreu

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