Potência física: fórmulas, tipos de potência e exemplos - Ciência - 2023

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o poder físico refere-se à quantidade de trabalho realizado (ou energia consumida) por unidade de tempo. A potência é uma magnitude escalar, sua unidade de medida no Sistema Internacional de Unidades sendo o joule por segundo (J / s), conhecido como watt em homenagem a James Watt.

Outra unidade de medida bastante comum é a potência tradicional. Na física, são estudados diferentes tipos de potência: potência mecânica, potência sonora, potência calorífica, entre outras. Em geral, existe uma ideia intuitiva do significado de potência. Geralmente está associado a maior potência, maior consumo.

Assim, uma lâmpada consome mais energia elétrica se sua potência for maior; O mesmo vale para um secador de cabelo, um radiador ou um computador pessoal.

Portanto, é necessário entender bem o seu significado, os diferentes tipos de poderes que existem e entender como ele é calculado e quais as relações entre suas unidades de medida mais comuns.

Fórmulas

Por definição, para calcular a energia consumida ou fornecida em um intervalo de tempo, a seguinte expressão é usada:

P = W / t

Nessa expressão, P é potência, W é trabalho e t é tempo.

Se o que você deseja é calcular a potência instantânea, deve usar a seguinte fórmula:

Nesta fórmula ∆t é o incremento do tempo, F é a força ev é a velocidade.

Unidades

A singularidade do poder no Sistema Internacional de Unidades é o joule por segundo (J / s), conhecido como watt (W) Também é bastante comum em certos contextos o uso de outras unidades como quilowatt (kW), cavalos de força (CV), entre outras.

Claro, o quilowatt é igual a 1000 watts. Por sua vez, a equivalência entre a potência e o watt é a seguinte:

1 CV = 745,35 W

Outra unidade de potência, embora seu uso seja muito menos comum, é o erg por segundo (erg / s), que equivale a 10^-7 W.

É importante distinguir o quilowatt do quilowatt-hora (kWh), pois este último é uma unidade de energia ou trabalho e não de potência.

Tipos de poder

Entre os diferentes tipos de poder existentes, alguns dos mais importantes são os que serão estudados a seguir.

Poder mecânico

A potência mecânica exercida sobre um sólido rígido é obtida fazendo-se o produto entre a força total resultante aplicada e a velocidade transmitida a esse corpo.

P = F ∙ v

Esta expressão equivale à expressão: P = W / t, e de fato é obtida a partir dela.

Caso ocorra também um movimento rotacional do sólido rígido e, portanto, as forças exercidas sobre ele modifiquem sua velocidade angular dando origem a uma aceleração angular, deve-se seguir o seguinte:

P = F ∙ v + M ∙ ω

Nesta expressão, M é o momento resultante das forças aplicadas e ω é a velocidade angular do corpo.

Potência elétrica

A energia elétrica fornecida ou consumida por um componente elétrico é o resultado da divisão da quantidade de energia elétrica fornecida ou absorvida por esse componente e o tempo gasto nele. É calculado a partir da seguinte expressão:

P = V ∙ I

Nesta equação, V é a diferença de potencial entre o componente e I é a intensidade da corrente elétrica que passa por ele.

No caso particular em que o componente é uma resistência elétrica, as seguintes expressões podem ser usadas para calcular a potência: P = R ∙ I² = V²/ R, onde R é o valor da resistência elétrica do componente em questão.

Potência de aquecimento

O poder calorífico de um componente é definido como a quantidade de energia dissipada ou liberada como calor pelo referido componente em uma unidade de tempo. É calculado a partir da seguinte expressão:

P = E / t

Nesta expressão, E é a energia liberada na forma de calor.

Potência do som

A potência sonora é definida como a energia transportada por uma onda sonora em uma unidade de tempo através de uma determinada superfície.

Desta forma, a potência sonora depende tanto da intensidade da onda sonora quanto da superfície atravessada por essa onda, e é calculada por meio da seguinte integral:

P_S = ⌠_S Eu_S ∙ d S

Neste Ps integral é a potência sonora da onda, Is é a intensidade do som da onda e dS é o diferencial de superfície cruzado pela onda.

Potência nominal e potência real

A potência nominal é a potência máxima que uma máquina ou motor requer ou pode oferecer em condições normais de uso; isto é, a potência máxima que a máquina ou motor pode suportar ou oferecer.

O termo nominal é usado porque esse poder em geral é usado para caracterizar a máquina, para nomeá-la.

Por sua vez, a potência real ou útil - isto é, a potência efetivamente utilizada, gerada ou utilizada pela máquina ou motor - é geralmente diferente da nominal, sendo geralmente inferior.

Exemplos

Primeiro exemplo

Você quer guiar um piano de 100 kg até um sétimo andar que está a uma altura de 20 metros. O guindaste leva 4 segundos para levantar o piano. Calcule a potência do guindaste.

Solução

Para calcular a potência, a seguinte expressão é usada:

P = W / t

Porém, primeiro é necessário calcular o trabalho realizado pelo guindaste.

W = F ∙ d ∙ cos α = 100 ∙ 9,8 ∙ 20 ∙ 1 = 19.600 N

Portanto, a potência do guindaste será:

P = 19.600 / 4 = 4.900 W

Segundo exemplo

Calcule a potência dissipada por um resistor de 10 Ω se uma corrente de 10 A.

Solução

Neste caso, é necessário calcular a potência elétrica, para a qual se utiliza a seguinte fórmula:

P = R ∙ I² = 10 ∙ 10² = 1000 W

Referências

Resnik, Halliday & Krane (2002).Física Volume 1. Cecsa.
Poder (físico). (n.d.). Na Wikipedia. Obtido em 3 de maio de 2018 em es.wikipedia.org.
Poder (física). (n.d.). Na Wikipedia. Obtido em 3 de maio de 2018 em en.wikipedia.org.
Resnick, Robert & Halliday, David (2004).4ª Física. CECSA, México.
Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Física para Cientistas e Engenheiros (6ª edição). Brooks / Cole.