Potência

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 (ΔE_m) transferida durante esse tempo. Então, a potência média é calculada através da seguinte fórmula:

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:

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

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:

Agora calculamos a potência média:

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:

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

Diagrama da Potência

Numa situação onde a potência seja constante, temos:

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

Rendimento

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

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

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