Tutoriais básicos de física

Para explicar os processos termodinâmicos irreversíveis, os cientistas formularam a segunda lei da termodinâmica. A segunda lei da termodinâmica explica quais processos podem ocorrer no universo e quais processos não podem ocorrer. Um cientista chamado R. J. E. Clausius (1822-1888) fez a seguinte afirmação:

Naturalmente, o calor se move de objetos de alta temperatura para objetos de baixa temperatura; naturalmente, o calor não se move de objetos de baixa temperatura para objetos de alta temperatura (Segunda lei da termodinâmica — enunciado de Clausius).

A afirmação de Clausius é uma das afirmações especiais da segunda lei da termodinâmica. É chamada de afirmação especial porque se aplica apenas a um processo específico, relacionado à transferência de calor. Como essa afirmação não se aplica a outros processos, precisamos de uma afirmação mais geral. O desenvolvimento de uma afirmação geral da segunda lei da termodinâmica baseia-se no estudo das máquinas térmicas. Portanto, discutiremos primeiro o calor gerado pelas máquinas térmicas.

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Artigo Processos termodinâmicos: Isotérmico Adiabático Isocórico Isobárico

Existem quatro processos termodinâmicos, a saber: isotérmico, isocórico, isobárico e adiabático.

Processo isotérmico (temperatura constante)

Em um processo isotérmico, a temperatura do sistema é mantida constante. Teoricamente, o sistema analisado é um gás ideal. A temperatura de um gás ideal é diretamente proporcional à sua energia interna (U = 3/2 n RT). Como T não se altera, U também não se altera. Portanto, se aplicada ao processo isotérmico, a primeira lei da termodinâmica torna-se:

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Processo termodinâmico

Calor (Q) é a energia que se move de um objeto para outro devido à diferença de temperatura. Em sistemas e ambientes, calor é a energia que se move do sistema para o ambiente ou do ambiente para o sistema, devido à diferença de temperatura. Se a temperatura do sistema for maior que a temperatura ambiente, o calor fluirá do sistema para o ambiente. Se a temperatura ambiente for maior que a temperatura do sistema, o calor fluirá do ambiente para o sistema.

Calor (Q) é a energia que se move devido à diferença de temperatura, enquanto trabalho (W) está relacionado à transferência de energia por meio do trabalho realizado. Por exemplo, se o sistema realiza trabalho sobre o ambiente, então a energia se move do sistema para o ambiente. Inversamente, se o ambiente realiza trabalho sobre o sistema, então a energia se move do ambiente para o sistema.

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Colisões Inelásticas

A lei da conservação da energia cinética não se aplica em colisões inelásticas. A lei da conservação do momento linear se aplica em colisões inelásticas somente se nenhuma força externa atuar sobre os dois objetos que colidem. Em uma colisão inelástica, os dois objetos ficam unidos ou presos um ao outro após a colisão.

Exemplo de pergunta 1.

Dois objetos têm a mesma massa, 1 kg. O objeto 1 move-se sobre um plano horizontal a uma velocidade de 10 m/s e colide com o objeto 2, que está em repouso. Após a colisão, os dois objetos ficam unidos. Qual é a velocidade dos dois objetos após a colisão?

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Colisões parcialmente elásticas

Em colisões parcialmente elásticas, a lei da conservação do momento linear é aplicável, enquanto a lei da conservação da energia cinética não se aplica. No momento da colisão, parte da energia cinética é convertida em energia sonora, energia térmica e energia interna. O uso do termo "elástica" indica que, após a colisão, os dois objetos não se unem, mas ricocheteiam.

Um exemplo de colisão parcialmente elástica é a colisão unidimensional de duas bolinhas de gude ou duas bolas de bilhar.

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Conservação do momento linear

A lei da conservação do momento linear afirma que, se não houver força externa atuando sobre dois objetos em colisão, o momento linear dos objetos antes da colisão é igual ao momento linear dos objetos após a colisão.

p ₁ + p ₂ = p ₁ ' + p ₂ ' ………………….. Equação 1.4

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = m ₁ v ₁ '+ m ₂ v ₂ '

Se, após a colisão, ambos os objetos ficarem juntos,

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = (m ₁ + m ₂ ) v'

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colisões perfeitamente elásticas

Uma colisão entre dois objetos é chamada de colisão perfeitamente elástica se o momento linear ou a energia cinética de cada objeto antes da colisão for igual ao momento linear e à energia cinética de cada objeto após a colisão. Em outras palavras, as leis da conservação do momento linear e da conservação da energia cinética são aplicáveis ​​em colisões perfeitamente elásticas. O uso da palavra "elástica" indica que, após a colisão, os dois objetos não ficam grudados ou presos um ao outro, mas se separam. O momento linear de cada objeto é conservado.

O momento linear de cada objeto é conservado.

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Princípio do trabalho-energia mecânica

O teorema trabalho-energia cinética afirma que o trabalho resultante, ou seja, o trabalho realizado pela força resultante, é igual à variação da energia cinética.

W _net = TO _t – TO _o = 1⁄2 m(v _t ² – v _o ² )

W _{_net} = Existem dois tipos de forças: forças conservativas e forças não conservativas. Portanto, o trabalho resultante pode ser considerado como sendo composto pelo trabalho realizado por uma força conservativa e pelo trabalho realizado por uma força não conservativa.

W _c + W _nc = ΔKE

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Trabalho realizado por forças conservativas Energia potencial

Observe um objeto que se move verticalmente para cima e retorna à sua posição inicial após atingir uma altura máxima. Quando o objeto se move verticalmente para cima, o peso realiza trabalho negativo sobre ele. À medida que o objeto se move para cima, sua altura aumenta. Portanto, a energia potencial gravitacional do objeto também aumenta. Pode-se concluir que o trabalho negativo realizado pelo peso é igual ao aumento da energia potencial gravitacional (EP) do objeto.

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Força conservadora e força não conservadora

1. Força Conservadora

1.1 Peso (w)

Observe um objeto que se move verticalmente para cima até atingir uma altura máxima, antes de retornar à sua posição inicial. Ao se mover verticalmente para cima por uma distância h, o peso exerce força oposta à do deslocamento. Portanto, o peso realiza trabalho negativo sobre o objeto. 

W = wh (cos 180 ^° ) = – wh = – mgh

Após atingir a altura máxima, o objeto se move para baixo em direção à sua posição inicial por uma distância h. Ao se mover para baixo, o peso está na mesma direção do deslocamento. Por estar na mesma direção do deslocamento, o peso realiza trabalho positivo.

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