Potência

 Nota: Para outros significados, veja Potência (desambiguação).

Mecânica clássica
Diagramas de movimento orbital de um satélite ao redor da Terra, mostrando a velocidade e aceleração.
Cinemática Deslocamento Velocidade Velocidade escalar Aceleração Aceleração centrípeta Movimento uniforme Movimento uniformemente variado Movimento retilíneo Movimento parabólico Movimento circular Movimento circular uniforme Movimento curvilíneo Movimento harmônico simples Movimento harmônico complexo
Dinâmica Força Inércia Produto de inércia Leis de Newton Primeira Lei de Newton Segunda Lei de Newton Terceira Lei de Newton Equações de movimento Ressonância
História História da física
Trabalho e Mecânica Energia cinética Energia potencial Trabalho Conservação da energia Força conservativa Força de contato Função de Lagrange Potência Retropropulsão Princípio de Hamilton
Sistema de partículas Centro de massa Corpo rígido Momento linear Conservação do momento linear Equilíbrio dinâmico Princípio de d'Alembert Sistema massa-mola
Colisões Impulso Colisão elástica Colisão inelástica
Movimento rotacional Posição angular Deslocamento angular Velocidade angular Aceleração angular Momento de inércia Torque Momento angular
Sistemas Clássicos Sistema dinâmico Sistema linear Sistema não linear Sistema hamiltoniano Sistema caótico
Formulações Mecânica newtoniana Mecânica hamiltoniana Mecânica lagrangiana Mecânica KvN Equação de Udwadia-Kalaba Mecânica de Routhian
Gravitação Lei da gravitação universal Princípio da superposição Constante gravitacional Velocidade de escape Leis de Kepler Princípio da equivalência
Físicos Isaac Newton Leonhard Euler Joseph-Louis Lagrange Pierre-Simon Laplace Galileu Galilei William Rowan Hamilton Johannes Kepler
v d e

Em física, potência é a grandeza que determina a quantidade de energia concedida por uma fonte a cada unidade de tempo. Em outros termos, potência é a rapidez com a qual uma certa quantidade de energia é transformada ou é a rapidez com que o trabalho é realizado. Sua unidade no Sistema Internacional de Unidades é o watt.[1]

Em outros ramos, como na engenharia, a compreensão sobre o assunto potência é de grande relevância, dado que quando um engenheiro vai projetar uma máquina, na ótica da engenharia, é importante definir o tempo mínimo no qual a maquina irá produzir trabalho, dando assim maior credibilidade do que se apenas a quantidade de trabalho que ela poderá realizar fosse especificada.[2]

Equação

A potência é dada por ${\displaystyle P={\frac {W}{t}}}$. Onde W = trabalho realizado e t = tempo com que se executa o trabalho.

Variação de energia é a energia que mudou de natureza ou transitou para outro local.

Na mecânica clássica a potência também pode ser entendida como sendo a força multiplicada pela velocidade.[2]

A variação de energia recebe diversos nomes, quando se refere a tipos específicos de energia:

• Trabalho (${\displaystyle W}$): é a energia consumida ao longo de um percurso (${\displaystyle W=F\cdot x}$)

Potência: sabendo a força aplicada (constante) e a velocidade da partícula:${\displaystyle P={\frac {\delta W}{\delta t}}={\frac {\delta (F\cdot x)}{\delta t}}=F{\frac {\delta x}{\delta t}}=F\cdot v}$

• Quantidade de Calor (${\displaystyle \,\!Q_{c}}$): é a variação da energia térmica (${\displaystyle \,\!\Delta E_{T}}$).

• Potência instantânea: como enfatizado anteriormente, é de crucial importância conhecer a taxa com que o trabalho realizado. Assim a potência instantânea pode ser definida como a taxa de variação instantânea com a qual o trabalho é realizado, podendo ser escrita como: ${\displaystyle P={\frac {dW}{dt}}}$.[2]

Unidades de potência

Ver artigo principal: Unidades de potência

No SI, a unidade de potência é o W (watt), dimensionalmente igual a joule por segundo (J.s^-1). Usam-se-lhe, conforme a ordem de grandeza, submúltiplos e múltiplos, como, por exemplo, miliwatt, mW (10^-3 W) e quilowatt, kW (10^3 W), entre tantas. Pode-se utilizar estas unidades multiplicadas por hora. O kWh (quilowatt-hora),que por definição é a energia correspondente à potência de 1 kW aplicada durante uma hora. Esta unidade é comumente utilizada na medição de energia elétrica.

Ainda se usam, conquanto apenas por motivos histórico-práticos, unidades não-oficiais como cavalo-vapor, cv (735,5 W), horse power, hp (746,6 W) e outras unidades híbridas.

Potência do ser humano

A potência consumida ou dissipada por um ser humano é em torno de 100 watts, variando de 85 W durante o sono a 800 W ou mais enquanto pratica desporto. Ciclistas profissionais tiveram medições de 2 000 W de potência realizada por curtos períodos de tempo.

Potência de um motor

A potência fornecida por um motor alternativo (P) pode ser obtida a partir do seu torque (T) e da sua rotação (n):

Potência em CV: ${\displaystyle P={\frac {2\pi n\cdot T}{60\cdot 75}}}$ onde P [cv] , T [kgf.m], n [rpm].

Potência em kW: ${\displaystyle P={\frac {2\pi n\cdot T\cdot 0,73549875}{60\cdot 75}}}$ onde P [kW], T [kgf.m], n [rpm].

Potência em kW: ${\displaystyle P={\frac {2\pi n\cdot T}{60\cdot 1000}}}$ onde P [kW], T [N.m], n [rpm].

Potência em kW: ${\displaystyle P={\frac {n\cdot T}{9549,29658548}}}$ onde P [kW], T [N.m], n [rpm].

Outra maneira:

${\displaystyle {\mbox{Potência}}={\mbox{Torque}}\times 2\pi \times {\mbox{Velocidade angular}}}$

Adicionando as unidades (velocidade angular em hertz ou rotações por segundo, rps):

${\displaystyle {\mbox{Potência (W)}}={\mbox{Torque (N}}\cdot {\mbox{m)}}\times 2\pi \times {\mbox{Velocidade angular(Hz ou rps)}}}$

${\displaystyle {\mbox{Potência (kW)}}={\frac {{\mbox{Torque (N}}\cdot {\mbox{m)}}\times 2\pi \times {\mbox{Velocidade angular (rpm)}}}{60000}}}$

${\displaystyle {\mbox{P (kW)}}={\frac {{\mbox{T (N}}\cdot {\mbox{m)}}\times {\mbox{n (rpm)}}}{9549,29658548}}}$

Potência específica

Chama-se potência específica ou potência mássica a potência por unidade de massa do sistema relativamente ao qual é calculada. Dimensionalmente, no Sistema Internacional de Unidades, exprime-se em watt por quilograma (W.kg^-1).

Potência média

A potência média é dada em um certo intervalo de tempo (t). Para se obter a potência média é necessário que haja o trabalho total (W) e o tempo (t). Após isso, divide-se um pelo outro, encontrando: ${\displaystyle P_{m}={\frac {W}{t}}}$. [2]

Esta é uma maneira alternativa de se encontrar a potência média.

Representação gráfica

Gráfico de potência em função do tempo para o caso particular em que a potência é constante.

Em um gráfico que represente a potência em função do tempo, a área sob a curva é numericamente igual ao trabalho ${\displaystyle W}$ realizado no intervalo de tempo ${\displaystyle \Delta t}$. Essa afirmação é válida tanto para o caso particular em que a potência for constante, quanto para o caso geral em que for variável.[3] Quando a potência for constante,

${\displaystyle P={\frac {W}{\Delta t}}}$

${\displaystyle W=P\cdot \Delta t}$ .

Quando for variável, o trabalho é dado por

${\displaystyle W=\int _{t_{1}}^{t_{2}}P\,dt}$ .

Potência e velocidade

Trabalho de uma força constante atuando em um corpo durante um intervalo de tempo, no qual ocorre um deslocamento.

Considerando uma força constante ${\displaystyle {\overrightarrow {F}}}$ que atua num corpo durante um intervalo de tempo, no qual o deslocamento é ${\displaystyle {\overrightarrow {d}}}$, como observado na Figura ao lado. Assim, a potência média da força pode ser escrita como:[3]

${\displaystyle P_{m}={\frac {W}{\Delta t}}}$ = ${\displaystyle {\frac {Fd\cos \theta }{\Delta t}}}$

${\displaystyle P_{m}=F\cdot v_{m}\cos \theta }$

Onde: ${\displaystyle v_{m}}$ é o modulo da velocidade média.

A potência instantânea é a taxa da variação instantânea com a qual o trabalho e realizado. Em geral, o cálculo da potência instantânea é complexo. No entanto, quando a potência é constante, seu valor pode ser calculado pela mesma fórmula para o calculo da potencia media:[4]

${\displaystyle P={\frac {dW}{dt}}}$

Pode-se expressar a taxa com a qual uma força realiza trabalho sobre uma partícula, ou um objeto que se comporta como partícula, em termos da velocidade e de força. Para uma partícula que se move em linha reta, sob a ação de uma força ${\displaystyle {\overrightarrow {F}}}$ que faz um ângulo ${\displaystyle \theta }$ com a direção do movimento da partícula, temos:[4]

${\displaystyle P={\frac {dW}{dt}}={\frac {F.\cos \theta .dx}{dt}}=F.\cos \theta {\frac {dx}{dt}}}$

${\displaystyle P=F.v.\cos \theta }$

Em casos, no qual a força aplicada é paralela à velocidade, temos que ${\displaystyle \theta =0}$, assim ${\displaystyle \cos \theta =1}$, então pode-se escrever que:

${\displaystyle P=F.v}$

A potência instantânea desenvolvida por uma força F é a taxa com a qual a força realiza um trabalho sobre uma carga em um certo instante.[4]

Potência elétrica

Ver artigo principal: Potência elétrica

A potência elétrica pode ser definida pelo produto entre a corrente e e a tensão medida entre dois pontos onde circula uma corrente elétrica. Existem dois tipos de corrente elétrica, que são a corrente continua, sendo caracterizada como tendo um valor constante em relação ao tempo, e também a corrente alternada, que varia o seu valor de modo senoidal com o tempo. Para uma corrente alternada trifásica, sendo uma carga alimentada por três condutores, estando a corrente alternada em equilíbrio, a potência ativa fornecida é dada por:[5]

${\displaystyle P_{el}={\sqrt {3}}\,V\,I\,\cos \phi }$.

Nessa expressão, ${\displaystyle V}$ e ${\displaystyle I}$ representam, respectivamente, a tensão entre as fases e a corrente presente em uma das fases. ${\displaystyle \cos \phi }$ é o chamado fator de potência. Em relação à corrente alternada, a potência pode ser decomposta em duas componentes: a potência ativa, relacionada com as cargas de caráter resistivo, e a potência reativa, que decorre da formação periódica dos campos magnético e elétrico no circuito.[5]

Potência e energia

Potência pode estar relacionado a qualquer processo em que haja fluxo de energia. Em um sistema no qual se fornece (ou recebe) energia ${\displaystyle \Delta E}$, em um intervalo de tempo ${\displaystyle \Delta t}$, a potência média fornecida(ou recebida) pelo sistema pode ser dado por:[3]

${\displaystyle P_{m}={\frac {\Delta E}{\Delta t}}}$

Rendimento

Potência está relacionada com a energia recebida. Ao receber uma potência, um objeto não é capaz de transformar a energia total inteiramente em trabalho: a energia será perdida em algum momento do processo.

A potência total entregue num sistema é denominada potência total, enquanto que a energia perdida num processo, por exemplo, a energia perdida com o atrito, é denominada de potência dissipada; a energia que sobra, que é capaz de realizar um trabalho é denominada de potência útil.

O rendimento está relacionado entre o quociente entre a potência utilizada para provocar a ação e a potencia total fornecida.[6]

${\displaystyle \eta ={\frac {P_{u}}{P_{t}}}}$

Ver também

• Energia
• Watt

Referências

1. Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2009). Física III. Eletromagnetismo 12 ed. São Paulo: Addison Wesley. p. 152. ISBN 978-85-88639-34-8 
2. ALONSO, Marcelo; FINN, Edward J. (1972). Física: um curso universitário. São Paulo: Edgard Blücher. ISBN 978-85-212-0831-0  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
3. SAMPAIO, José Luiz; CALÇADA, Caio Sérgio (2008). Física. São Paulo: Saraiva. p. 655. ISBN 978-85-357-0958-2  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
4. WALKER, Jearl (2012). Halliday & Resnick: Fundamentos de Física. 1. Rio de Janeiro: LTC. p. 340. ISBN 978-85-216-1903-1 
5. VIANA, Augusto Nelson Carvalho; BORTONI, Edson da Costa; NOGUEIRA, Fabio Jose Horta; HADDAD, Jamil; NOGUEIRA, Luis Augusto Horta; VENTURINI, Osvaldo José; YAMACHITA, Roberto Akira (2012). Eficiência energética: fundamentos e aplicações (PDF). Campinas: Elektro, Universidade Federal de Itajubá, Excen, Fupai.  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
6. COELHO, Felipe. «Física» (PDF). Universidade Federal de Juiz de Fora - Curso Pré-universitário Popular. Consultado em 2 de dezembro de 2015. Arquivado do original (PDF) em 11 de dezembro de 2015