Um carregador atravessa 50 m de pátio com uma caixa de 30 kg nos braços e chega suado; um guindaste ergue a mesma caixa 3 m em silêncio. Qual dos dois realizou trabalho sobre a caixa? A física dá zero ao carregador, e a razão cabe em um cosseno.
O que você vai aprender
Definir trabalho de uma força constante por W = F·d·cos θ, identificar corpo, força e deslocamento antes de calcular e explicar por que segurar um peso parado ou carregá-lo na horizontal realiza trabalho nulo sobre ele.
Classificar uma força como motora, resistente ou sem trabalho pelo ângulo com o deslocamento e reconhecer as forças que nunca trabalham em seus contextos típicos: normal, tração de fio em trajetória circular, centrípeta, gravitação em órbita circular e força elétrica ao longo de uma equipotencial.
Expressar trabalho em joules e converter quilocalorias e quilowatt-hora, estimando ordens de grandeza de situações cotidianas e de itens de prova.
Calcular o trabalho de uma força variável como área com sinal no gráfico F × x e deduzir o trabalho da força elástica ½kx² a partir da lei de Hooke, distinguindo trabalho da mola e trabalho sobre a mola.
Justificar que o trabalho do peso vale ∓mgh independentemente do caminho e da velocidade e aplicar isso a rampas, escadas e máquinas simples, que reduzem força e nunca trabalho.
Calcular o trabalho do atrito cinético, −μNd, reconhecer sua dependência do caminho e seu caráter dissipativo, e identificar o caso em que o atrito realiza trabalho positivo sobre um corpo.
Somar os trabalhos de várias forças e usar o teorema trabalho–energia cinética como ferramenta em frenagens e itens tipo B, distinguindo trabalho total nulo (velocidade constante) de trabalho nulo de cada força.
Um carregador atravessa o pátio de um depósito com uma caixa de 30 kg nos braços, 50 m em linha reta, e chega ao outro lado suado. Um guindaste, em silêncio, ergue a mesma caixa 3 m até uma prateleira. Qual dos dois realizou trabalho sobre a caixa? A intuição aponta o carregador: andou mais, cansou mais. A física aponta o guindaste, e dá ao carregador exatamente zero. A força que ele fez foi para cima, o deslocamento foi para o lado, e a energia da caixa não mudou em nada entre uma ponta e outra do pátio.
Essa palavra, trabalho, é o primeiro instrumento de medida da energia que você vai aprender: ela mede quanta energia uma força transfere para um corpo, ou retira dele, enquanto ele se desloca. Não mede esforço, não mede cansaço, não mede tempo. Mede força vezes distância, com um cosseno no meio que decide tudo. Quem entende esse cosseno resolve, sem conta, a maior parte dos itens que o PAS e o ENEM cobram sobre o assunto, e ainda ganha a ferramenta que liga força a velocidade sem passar pela aceleração.
Segurar cansa, mas não é trabalho
Arraste uma caixa de mudança pelo corredor do apartamento, empurrando com 60 N ao longo de quatro metros. Depois fique de pé, imóvel, com uma mala de 50 N pendurada no braço esticado durante um minuto. As duas tarefas cansam; apenas a primeira é trabalho no sentido da física. O que separa uma da outra é a palavra deslocamento: só há trabalho se o ponto em que a força atua sai do lugar, e apenas a componente da força alinhada com esse movimento entra na conta. A caixa recebeu energia da sua mão; a mala, parada, não recebeu nada, por mais que o braço doa.
O cansaço de segurar é real, mas é fisiológico: as fibras musculares se contraem e relaxam continuamente para manter a posição, consumindo energia química que vira calor no seu corpo. Nada disso chega à mala. Antes de qualquer conta, portanto, pergunte três coisas: qual é o corpo que está sendo estudado, qual é a força cujo trabalho se quer, e para onde esse corpo se deslocou enquanto a força agia. Trabalho é sempre “de uma força” e “sobre um corpo”; um item que fala do “trabalho do carregador” sem dizer sobre o quê está pedindo para você escolher o corpo, e o corpo certo é quase sempre o objeto carregado.
A fórmula: força, distância e o cosseno
Trabalho de uma força constante
Se uma força constante de módulo F age sobre um corpo enquanto ele sofre um deslocamento de módulo d, formando com ele um ângulo θ, o trabalho dessa força é
W=Fdcosθ.
Em palavras: multiplique o módulo da força pela distância percorrida e pelo cosseno do ângulo, que mede a fração da força alinhada com o movimento. A unidade é o joule (J), que é o newton-metro: 1J=1N⋅m. Trabalho é uma grandeza escalar: tem sinal, mas não tem direção. Para quem já viu vetores, W é o produto escalar F⋅d.
símbolo
leitura
na caixa de mudança, 60 N por 4 m
W
trabalho, em joules
60×4=240 J
F
módulo da força, em newtons
60 N
d
distância percorrida, em metros
4 m
θ
ângulo entre força e deslocamento
0°: empurrão na direção do corredor
cosθ
1 a favor; 0 perpendicular; −1 contra
cos0∘=1
O cosseno faz o serviço de separar a força em duas partes. A componente paralela ao deslocamento, Fcosθ, é a única que realiza trabalho; a componente perpendicular, Fsinθ, pode ser enorme e não transfere um joule. Por isso a fórmula também se lê como “componente da força na direção do movimento, vezes a distância”.
Só a componente da força ao longo do deslocamento realiza trabalho. A corda puxa com F a um ângulo θ; a parte útil é Fcosθ, e a parte vertical Fsinθ apenas alivia o piso. Para θ=60∘, metade da força é desperdiçada do ponto de vista do trabalho. Diagrama autoral.
Exemplo resolvido. A caixa de mudança empurrada com 60 N por 4 m de corredor recebe W=60×4×cos0∘=240 J. Se, em vez de empurrar, você a puxar por uma alça inclinada a 60° com o chão, a fração útil da força cai pela metade: W=60×4×0,5=120 J. Agora a mala de 50 N, levada pelos mesmos 4 m na mão: a força da mão é vertical e o percurso, horizontal, θ=90∘, W=0. Por fim, erga a mala 1,5 m, devagar, até a bagageira do ônibus: a mão realiza +50×1,5=+75 J, enquanto o peso, voltado para baixo durante a subida, realiza 50×1,5×cos180∘=−75 J. Conferência: os dois trabalhos somam zero, e a mala, que partiu parada e chegou parada, não ganhou energia de movimento. É a primeira aparição de uma regra que fecha esta página.
Quatro cossenos resolvem quase todo trabalho de força constante: cos0∘=1, cos60∘=0,5, cos90∘=0 e cos180∘=−1. Quando aparecer 30° ou 45°, cos30∘≈0,87 e cos45∘≈0,71 completam o conjunto.
Positivo, negativo ou zero: quem decide é o ângulo
O sinal do trabalho não é detalhe de notação. Ele diz de que lado a energia está indo. Trabalho positivo significa que a força está entregando energia ao corpo (o motor que acelera o carro, a mão que ergue a mala); trabalho negativo significa que a força está retirando energia dele (o freio, o atrito, o peso durante a subida). Trabalho nulo significa que, apesar de existir, a força não participa da conta de energia.
Os três regimes do sinal. Força **motora** (θ<90∘): trabalho positivo, o corpo ganha energia. Força **perpendicular** (θ=90∘): trabalho nulo, por maior que seja a força. Força **resistente** (θ>90∘): trabalho negativo, o corpo perde energia. Diagrama autoral.
Força motora, força resistente, força que não trabalha
0∘≤θ<90∘: cosθ>0, trabalho positivo (força motora). O corpo recebe energia.
θ=90∘: cosθ=0, trabalho nulo. A força não troca energia com o corpo.
90∘<θ≤180∘: cosθ<0, trabalho negativo (força resistente). O corpo cede energia.
Não é o nome da força que decide. A tração de uma corda pode fazer trabalho positivo (puxar um trenó), negativo (segurar um balde que desce) ou nulo (fio de um pêndulo). O peso é motor na descida e resistente na subida.
O caso preferido das provas é o do trabalho nulo, porque ele contraria a intuição de que “força grande faz muita coisa”. As forças que nunca trabalham, em seus contextos típicos, formam uma lista que vale decorar:
A normal de um piso ou de uma rampa sobre um corpo que desliza por ela. A normal é, por definição, perpendicular à superfície, e o corpo se move ao longo da superfície. O PAS 1 de 2018 (item 89) descreveu um bloco M1 numa rampa sem atrito, ligado por fio e polia a um bloco M2 pendurado, e afirmou que o trabalho da normal em M1 seria nulo: certo, e nem precisou das massas.
A tração do fio de um pêndulo ou de qualquer corpo em trajetória circular presa a um centro fixo. O fio é radial, a velocidade é tangente.
Toda força centrípeta em movimento circular uniforme, seja qual for sua natureza. A gravitação sobre um satélite em órbita circular é o exemplo mais cobrado: em 2024 (item 92), a banca afirmou que o trabalho das forças gravitacionais sobre um telescópio em movimento circular é nulo, e estava certa; em 2010 (item 113), escreveu que o trabalho total da força gravitacional sobre o satélite CBERS “é diferente de zero, pois a força é conservativa”, e estava errada duas vezes: o trabalho é zero, e ser conservativa não tem nada a ver com isso.
A força elétrica sobre uma carga que se move ao longo de uma superfície equipotencial, porque o campo é perpendicular a essa superfície. Foi o item 115 do PAS 3 de 2018: elétron deslocado entre dois pontos de um plano paralelo às placas de um capacitor, força elétrica sem trabalho. A mesma regra, em outra disciplina.
Inclinada em relação ao eixo, perpendicular ao movimento
O item 63 do PAS 1 de 2021 descreveu o chapéu mexicano, um brinquedo em que uma bola presa a um fio gira num círculo horizontal com velocidade angular constante, e afirmou: o peso P é perpendicular ao eixo x e portanto não trabalha, “ao passo que a força T, que faz um ângulo θ com o eixo y, realiza trabalho”. A primeira metade está certa (peso vertical, velocidade horizontal). A segunda é a armadilha: a tração se decompõe numa parte vertical e numa parte dirigida ao centro do círculo, e a velocidade da bola, tangente à circunferência, é perpendicular a ambas. A tração está inclinada em relação à vertical, mas continua perpendicular ao movimento, e trabalho se mede contra o movimento. Gabarito: errado. Sempre que um item disser que uma força “faz ângulo” com alguma coisa, pergunte se essa coisa é o deslocamento.
O joule: pequeno para o mundo, certo para a prova
Um joule é o trabalho de uma força de 1 N ao longo de 1 m: erguer uma maçã (cerca de 100 g, peso próximo de 1 N) a 1 m do chão. É uma unidade pequena para a escala humana, e por isso os enunciados vêm cheios de quilojoules (kJ, mil joules) e megajoules (MJ, um milhão). Ter algumas âncoras na cabeça evita errar a ordem de grandeza por mil.
situação
trabalho (ordem de grandeza)
erguer uma maçã 1 m
1 J
erguer uma caixa de 8 kg até uma prateleira a 1,5 m
80×1,5=120 J
uma pessoa de 70 kg subir 3 m de escada
700×3=2,1 kJ
um aríete de 1 t a 7,2 km/h parar num portão
2 kJ
erguer uma pedra de 2 t ao topo de uma pirâmide de 66 m
20000×66≈1,3 MJ
1 quilowatt-hora da conta de luz
3,6 MJ
energia de um pedaço de pizza (500 kcal)
2,1 MJ
Calorias e quilowatt-hora são joules disfarçados
A embalagem do alimento traz quilocalorias: 1 kcal são 4 186 J, então 500 kcal são 2,1 MJ. A conta de luz traz quilowatt-hora: 1 kWh é o que um aparelho de 1 000 W consome ao ficar ligado por uma hora, 3 600 s, ou seja, 3,6×106 J. O PAS 1 de 2006 perguntou quantas vezes uma pessoa de 70 kg poderia subir um prédio de 50 m com as 2 100 kJ de um pedaço de pizza, supondo conversão completa: cada subida custa 700×50=35000 J, e 2100000/35000=60 subidas. Na vida real os músculos aproveitam cerca de 20% disso; os outros 80% viram calor, que é o que faz você suar na escada.
Quando a força muda pelo caminho: o trabalho é a área
A fórmula W=Fdcosθ vale para força constante. Se a força muda de valor ao longo do percurso, é preciso somar pedaço a pedaço: em cada trecho pequeno, a força é quase constante e o trabalho é quase F⋅Δx; a soma de todos esses retângulos finos é a área sob o gráfico da componente da força na direção do movimento em função da posição.
Trabalho como área no gráfico F × x
No gráfico da componente Fx da força (ao longo do deslocamento) em função da posição x, o trabalho entre duas posições é a área entre a curva e o eixo, com sinal: trechos em que Fx>0 (força a favor) contam positivo; trechos em que Fx<0 (força contra) contam negativo. Para força constante, a área é um retângulo, F⋅d, e a regra devolve a fórmula da seção anterior.
Trabalho é área com sinal no gráfico Fx×x. Retângulo para força constante, triângulo para força que cresce linearmente, área negativa quando a força aponta contra o deslocamento. Cuidado: o gráfico deve trazer a componente da força **na direção do movimento**; uma força perpendicular não aparece nele. Diagrama autoral.
Exemplo resolvido. Uma força na direção do movimento cresce linearmente de zero a 20 N enquanto o corpo se desloca 3 m. O trabalho é a área do triângulo: 21×3×20=30 J. Quem usasse a força final durante todo o percurso obteria 20×3=60 J, o dobro do correto; quem usasse a força média, 10 N, chegaria aos mesmos 30 J, porque para uma variação linear a média é a metade do valor final. Se, em seguida, a força cai para −5 N (contra o movimento) por mais 2 m, esse trecho contribui −10 J, e o total é 30−10=20 J.
A mola: metade de k vezes x ao quadrado
A força variável mais cobrada é a da mola. Pela lei de Hooke, uma mola ideal esticada ou comprimida de x puxa de volta com força F=kx, em que k é a constante elástica, em newtons por metro. Quanto mais deformada, mais forte ela puxa: a força não é constante, e o trabalho sai da área.
A força elástica cresce em linha reta com a deformação, F=kx. O trabalho para esticar a mola de 0 até x é a área do triângulo, 21kx2; a mola, que puxa contra o movimento, realiza −21kx2. Dobrar x quadruplica a área. Diagrama autoral.
Trabalho da força elástica
Para levar uma mola ideal da posição natural até a deformação x, o agente externo realiza o trabalho
Wext=21kx2,
área do triângulo de base x e altura kx. A força elástica, que aponta sempre para a posição natural, realiza o oposto: Wel=−21kx2 ao deformar, e +21kx2 ao voltar. Esse valor é o que fica guardado na mola como energia potencial elástica, assunto da página de energia.
Exemplo resolvido. Um estilingue de k=2500 N/m é esticado 8 cm. Trabalho da mão: 21×2500×0,082=8 J. Esticado 16 cm: 21×2500×0,0256=32 J. Dobrou a deformação, quadruplicou o trabalho, porque a força final dobrou e a distância dobrou. Quem fizesse F⋅d com a força final (400×0,16=64 J) esqueceria que no começo a mola quase não puxava. O PAS 1 de 2011 (item 63) usou uma mola de dinamômetro distendida 50 cm e afirmou que a energia elástica, em joules, era oito vezes menor que a constante, em N/m: 21k(0,5)2=k/8, certo.
O peso não liga para o caminho
Erga um corpo de massa m por uma altura h. O peso, mg, aponta para baixo, o deslocamento vertical é para cima: Wpeso=−mgh. Desça o corpo pela mesma altura: Wpeso=+mgh. E se o corpo não subir na vertical, mas por uma rampa, por uma escada, por um caminho torto qualquer? O resultado não muda. Cada pedacinho horizontal do percurso é perpendicular ao peso e não conta; só os pedacinhos verticais contam, e a soma deles é a altura h.
Trabalho do peso: só o desnível importa
Entre dois pontos com diferença de altura h, o trabalho do peso é
Wpeso=∓mgh
(negativo subindo, positivo descendo), qualquer que seja o caminho e qualquer que seja a velocidade com que se percorre. Forças com essa propriedade se chamam conservativas; a força elástica é outra. A independência do caminho é o que permite definir energia potencial, na página de energia.
Mesma altura, mesmo trabalho. Na vertical, força mg por distância h. Na rampa sem atrito, força menor, mgsinθ, por distância maior, h/sinθ: o produto continua mgh. A rampa e o macaco reduzem a **força**; o trabalho, nunca. Diagrama autoral.
Exemplo resolvido. Uma carga de 10 kg deve subir 2 m, sem atrito e sem ganhar velocidade (g=10 m/s²). Na vertical, a força necessária é igual ao peso, 100 N, por 2 m: W=200 J. Por uma rampa de 5 m de comprimento com o mesmo desnível, sinθ=2/5=0,4, a força paralela à rampa que mantém a subida é mgsinθ=40 N, por 5 m: W=40×5=200 J. A força caiu para 40%; a distância subiu para 250%; o produto ficou igual. Conferência pelo peso: nas duas rotas o peso realizou −mgh=−200 J, e a força que sobe compensou exatamente isso.
É o que toda máquina simples faz, seja macaco, alavanca, polia ou rampa: troca força por distância, sem poupar um joule sequer. O PAS 1 de 2013 (item 92) afirmou que, ao usar o macaco para levantar o carro, “o trabalho realizado é bem menor” que com a força muscular direta: errado; menor é a força. O PAS 1 de 2023 (item 92) foi pelo lado certo: sem dissipação, o trabalho do cadeirante para subir a rampa “independe da inclinação, desde que mantida a variação de altura”. E o de 2012 (item 40) testou o outro flanco, o tempo: “o trabalho para subir a escada será menor quanto mais devagar ele a subir”, errado, porque a velocidade não aparece em mgh. Devagar muda a potência, não o trabalho; essa distinção é a página de potência e rendimento.
A rampa de acessibilidade não poupa energia, poupa força
A norma NBR 9050 limita a inclinação das rampas a 5% para desníveis de até 1,50 m, o que significa uma rampa de 30 m de projeção horizontal para subir 1,50 m. O trabalho para erguer uma pessoa de 80 kg com a cadeira de 20 kg é o mesmo em qualquer inclinação: 1000×1,5=1500 J. O que a norma reduz é a força que os braços precisam fazer a cada instante, de 1 000 N na vertical para cerca de 50 N na rampa de 5%, e, com ela, a potência exigida de quem sobe. Uma rampa mais íngreme exige braços mais fortes, não mais energia.
Um item do PAS 3 de 2018 (item 81) levou a ideia para fora da Terra: “o esforço ou trabalho realizado para se elevar um corpo a determinada altura do solo é maior na Lua que na Terra”. O trabalho contra o peso é mgh, e a gravidade lunar é cerca de um sexto da terrestre: menor lá, item errado. E o PAS 3 de 2012 (item 48) juntou os dois campos uniformes, gravitacional e elétrico, para afirmar que o trabalho para deslocar a partícula por uma altura h independe do caminho em qualquer dos dois casos: certo, porque um campo uniforme é conservativo.
O atrito cobra por metro
Há uma força para a qual o caminho importa, e muito: o atrito cinético. Ele aponta sempre contra o deslizamento, logo faz um ângulo de 180° com o deslocamento, e seu trabalho ao longo de um percurso de comprimento d é
Watrito=−fd=−μNd.
Quanto mais caminho, mais energia ele retira. Dois escorregadores de mesma altura e inclinações diferentes, com o mesmo coeficiente de atrito, não deixam a criança chegar embaixo com a mesma velocidade: o mais suave é mais longo, e o atrito cobra por metro percorrido. Essa energia não desaparece; vira energia térmica nas superfícies, e é por isso que o atrito se chama dissipativo, ou não conservativo. A frenagem, a lixa e o calor das pastilhas de freio são a mesma conta com nomes diferentes; a mecânica da força em si está na página de atrito.
Exemplo resolvido (PAS 1 2019, item 76). Um bloco de 2 100 kg é puxado na subida de uma rampa de 30° cuja altura é H=10 m. Solto, ele fica parado na iminência de deslizar, e o coeficiente de atrito dinâmico é metade do estático (g=9,8 m/s²). O item afirmava que, até o bloco atingir o topo, o trabalho realizado pelo atrito seria inferior a 9×104 J.
Da iminência sai μe=tan30∘≈0,577, logo μc≈0,289. A normal na rampa é N=Mgcos30∘=2100×9,8×0,866≈17800 N, e o atrito cinético, f=μcN≈5150 N. O comprimento da rampa é L=H/sin30∘=20 m. Trabalho do atrito: W=−fL≈−5150×20≈−1,03×105 J. Em módulo, cerca de 1,0×105 J, maior que 9×104 J: item errado. Conferência por um atalho: com μc=21tan30∘, o atrito vale f=21Mgsin30∘=Mg/4≈5145 N, e fL=Mg/4×20=5145×20=102900 J. Os dois caminhos batem.
O atrito nem sempre trabalha contra o corpo
“Trabalho do atrito é sempre negativo” vale para o atrito cinético sobre um corpo que desliza num piso parado. Mas o atrito se opõe ao deslizamento relativo, não ao movimento do corpo. Uma caixa colocada sobre uma esteira que já se move é acelerada para a frente pelo atrito: a força e o deslocamento da caixa têm o mesmo sentido, e o trabalho do atrito sobre a caixa é positivo. O que continua sempre verdadeiro é que o atrito dissipa energia mecânica do sistema (caixa + esteira); sobre um corpo específico, o sinal depende de para onde esse corpo se move.
Somar todos os trabalhos: a ponte para a energia cinética
Quando várias forças agem ao mesmo tempo, cada uma tem o próprio trabalho, e o trabalho total é a soma algébrica de todos, sinais incluídos. Como o trabalho é escalar, essa soma é uma soma de números, não de vetores. E o trabalho total é igual ao trabalho da força resultante. O que ele faz com o corpo é o resultado central da mecânica da energia:
Teorema trabalho–energia cinética
A soma dos trabalhos de todas as forças sobre um corpo, que coincide com o trabalho da resultante, mede exatamente quanto a energia cinética dele variou:
Wtotal=Wres=ΔEc=21mvf2−21mvi2.
Trabalho total positivo: o corpo acelera. Negativo: freia. Nulo: a velocidade escalar não muda, o que inclui o movimento uniforme e a curva com velocidade constante. Aqui o teorema é uma ferramenta de uso; a energia cinética em si, com suas consequências, está na página de energia.
Frenagem pelo teorema trabalho–energia. A energia cinética inicial, 21×800×302=360 kJ, tem de ser retirada inteira pelo trabalho negativo da força de frenagem, −6000×d. Daí d=60 m, sem passar pela aceleração nem pelo tempo. Diagrama autoral.
O teorema liga força, velocidade e distância sem passar pelo tempo, e por isso é a ferramenta dos itens tipo B do PAS sobre este assunto.
Exemplo resolvido. Um carro de 800 kg a 30 m/s (108 km/h) é freado por uma força constante de 6 000 N até parar. Ec inicial: 21×800×900=360000 J. O trabalho da frenagem, −6000d, precisa levar essa energia a zero: 6000d=360000, logo d=60 m. Conferência pela segunda lei: a=6000/800=7,5 m/s², e Torricelli dá d=v2/(2a)=900/15=60 m. A 15 m/s, metade da velocidade, a energia cai a um quarto e a distância também: 15 m.
Exemplo resolvido (PAS 1 2005, item 130). Um aríete de 1 tonelada a 7,2 km/h faz o portão ceder 20 cm; pede-se a força média de interação, dividida por 100. Velocidade: 7,2/3,6=2 m/s. Energia cinética: 21×1000×4=2000 J. Toda ela é retirada pela força do portão ao longo de 0,20 m: F×0,20=2000, então F=10000 N, e a marcação é 100. Repare que aqui a massa não cancela: ela é dado necessário.
Exemplo resolvido (PAS 1 2014, item 77). Um gráfico mostrava a velocidade de um ciclista crescendo em linha reta de 0 a 8 m/s nos primeiros 4 s; ciclista e bicicleta somam 80 kg. Pede-se o trabalho realizado pelo sistema nesses 4 s, multiplicado por 0,1. Pelo teorema, W=ΔEc=21×80×82=2560 J; a marcação é 256. Conferência por força e distância: a=8/4=2 m/s², F=80×2=160 N, d=21×2×16=16 m, e Fd=160×16=2560 J. O teorema poupou duas etapas.
Velocidade constante não significa que o motor não trabalha
O PAS 1 de 2011 (item 62) descreveu um rebocador puxando um navio com velocidade constante e afirmou: “o trabalho realizado pelo motor do rebocador é nulo, pois a velocidade é constante”. Errado. Velocidade constante significa trabalho total nulo: o trabalho positivo do motor e o trabalho negativo da resistência da água se cancelam. O motor trabalha, e muito; é a soma que dá zero. Um bloco puxado com velocidade constante sobre um piso com atrito é o mesmo caso: a tração entrega energia, o atrito retira na mesma medida, e a energia cinética não muda.
Como a banca pergunta, ano após ano
Nas provas do PAS 1 entre 2005 e 2025, o trabalho de uma força rendeu itens em 2005, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2018, 2019, 2021, 2023 e 2024, quase sempre do tipo certo/errado e quase sempre sobre uma de quatro ideias, sem conta ou com uma conta de uma linha:
Força perpendicular não trabalha: gravitação em órbita circular (2010, 2024), normal na rampa (2018), peso e tração no chapéu mexicano (2021), força elétrica na equipotencial (PAS 3, 2018).
O trabalho do peso independe do caminho e da velocidade: macaco (2013), escada subida devagar (2012), rampa de acessibilidade (2023), campo uniforme (PAS 3, 2012), gravidade lunar (PAS 3, 2018).
Velocidade constante zera o trabalho total, não o de cada força: rebocador (2011).
Teorema trabalho–energia nos itens tipo B: aríete (2005), ciclista (2014), frenagem após rampa (2018, 2021).
O erro plantado costuma ser uma justificativa que não sustenta a conclusão (“é diferente de zero, pois a força é conservativa”; “faz um ângulo com o eixo y, logo realiza trabalho”) ou uma dependência falsa (inclinação, velocidade, uso de máquina). Quando a frase tiver um “pois” ou um “portanto”, julgue as duas metades separadamente: a banca gosta de colar uma conclusão errada numa premissa certa, e vice-versa.
Os sete erros que a prova planta
Confundir força com trabalho. Força é o que puxa ou empurra; trabalho é força vezes deslocamento vezes cosseno. Uma força de 1 000 N que não desloca nada trabalha zero; uma de 1 N ao longo de 1 km trabalha 1 000 J.
Dar trabalho a quem segura peso parado. Sem deslocamento do ponto de aplicação, o trabalho mecânico sobre o objeto é nulo. O cansaço é gasto interno do músculo.
Esquecer o cosseno. Uma corda a 60° aproveita metade da força; a 90°, nada. O carregador que atravessa o pátio com a caixa nos braços realiza trabalho nulo sobre ela.
Achar que máquina economiza trabalho. Macaco, alavanca, polia e rampa reduzem a força e alongam a distância; o produto é o mesmo. “Reduz o trabalho” deve ser lido como “reduz a força”.
Misturar tempo com trabalho. Subir devagar ou depressa dá o mesmo mgh; o que muda é a potência.
Concluir que velocidade constante é motor parado. Constante é a soma dos trabalhos; o motor faz trabalho positivo igual ao módulo do trabalho da resistência.
Usar F⋅d com força variável. Para a mola, o trabalho é a área do triângulo, 21kx2, metade do que daria a força final vezes a distância.
O essencial em meia página
Definição:W=Fdcosθ, em joules (1J=1N⋅m). Escalar. Só a componente da força na direção do deslocamento conta.
Sinal:θ<90∘ motora, W>0, o corpo ganha energia; θ=90∘, W=0; θ>90∘ resistente, W<0, o corpo perde energia. Cossenos de bolso: 1, 0,5, 0, −1 para 0°, 60°, 90°, 180°.
Forças que não trabalham: normal sobre corpo que desliza na superfície; tração de fio em trajetória circular; qualquer centrípeta no MCU (gravitação em órbita circular); força elétrica ao longo de equipotencial. Força inclinada pode ser perpendicular ao movimento.
Ordens de grandeza: maçã a 1 m ≈1 J; pessoa subindo 3 m ≈2 kJ; 1 kWh =3,6 MJ; 1 kcal =4186 J.
Força variável: trabalho = área com sinal no gráfico Fx×x. Mola:Wext=21kx2 (triângulo); a força elástica realiza −21kx2 ao deformar. Dobrar x quadruplica.
Peso:W=∓mgh, independe do caminho e da velocidade (força conservativa). Rampa e máquinas reduzem força, não trabalho.
Atrito cinético:W=−μNd, depende do caminho, vira energia térmica (dissipativo). Sobre uma caixa levada por esteira, o atrito pode trabalhar positivo.
Total:Wtotal=∑Wi=Wres=ΔEc. Velocidade constante ⇒ trabalho total nulo, não o de cada força. Frenagem: Fd=21mv2, sem tempo.
Vizinhos: energia cinética, potencial e conservação em energia; P=W/Δt e rendimento em potência e rendimento; a força de atrito em atrito; produto escalar em vetores.
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Flashcards temporariamente indisponíveis
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TRABALHO DE UMA FORÇA - Todos os Casos!
Felipe Sampaio - Física · 22:38
Introdução. Em capítulos marcados na descrição, apresenta o trabalho como forma de transferir energia, a fórmula W=Fdcosθ, os casos a favor, perpendicular e contra, o sinal do trabalho e o trabalho do peso, e fecha com um exercício. São as seções “A fórmula: força, distância e o cosseno” e “Positivo, negativo ou zero” em aula.
Trabalho de uma força variável | análise gráfica | Mãozinha em Física 058
FISICATOTAL · 13:41
Aprofundamento. O professor Ivys Urquiza mostra como obter o trabalho de uma força que muda ao longo do percurso pela área do gráfico F×x, com sinal, e resolve três questões de vestibular (a primeira sobre um gráfico de força por deslocamento). É a seção “Quando a força muda pelo caminho: o trabalho é a área” aplicada a enunciados diferentes dos da página.
Trabalho da força Peso - Aula 03
Davi Oliveira - Física 2.0 · 25:46
Aplicação. Trata só do trabalho do peso: dois tratores que arrastam toras por rampas diferentes até a mesma altura (independência do caminho), o halterofilista que mantém o haltere erguido (trabalho nulo) e um balde içado. É a seção “O peso não liga para o caminho” com exemplos que não estão na página.
Resolução do PAS 1 UNB 2019 - Dinâmica: trabalho da força de atrito
Física+ · 12:40
Resolução. Resolve o bloco dos egípcios do PAS 1 de 2019 (bloco de 2 100 kg na rampa de 30°, iminência do movimento, coeficiente dinâmico igual à metade do estático), incluindo o item 76, sobre o trabalho do atrito até o topo, reproduzido nesta página. É o exemplo resolvido da seção “O atrito cobra por metro” em vídeo, com os itens vizinhos do mesmo texto-base.
Quem realizou trabalho sobre a caixa? A força do carregador é vertical e o deslocamento é horizontal: trabalho nulo. O guindaste ergue a caixa na direção da força: W=mgh.Só a componente da força ao longo do deslocamento realiza trabalho. A corda puxa com F a um ângulo θ; a parte útil é Fcosθ, e a parte vertical Fsinθ apenas alivia o piso. Para θ=60∘, metade da força é desperdiçada do ponto de vista do trabalho. Diagrama autoral.Os três regimes do sinal. Força motora (θ<90∘): trabalho positivo, o corpo ganha energia. Força perpendicular (θ=90∘): trabalho nulo, por maior que seja a força. Força resistente (θ>90∘): trabalho negativo, o corpo perde energia. Diagrama autoral.Trabalho é área com sinal no gráfico Fx×x. Retângulo para força constante, triângulo para força que cresce linearmente, área negativa quando a força aponta contra o deslocamento. Cuidado: o gráfico deve trazer a componente da força na direção do movimento; uma força perpendicular não aparece nele. Diagrama autoral.A força elástica cresce em linha reta com a deformação, F=kx. O trabalho para esticar a mola de 0 até x é a área do triângulo, 21kx2; a mola, que puxa contra o movimento, realiza −21kx2. Dobrar x quadruplica a área. Diagrama autoral.Mesma altura, mesmo trabalho. Na vertical, força mg por distância h. Na rampa sem atrito, força menor, mgsinθ, por distância maior, h/sinθ: o produto continua mgh. A rampa e o macaco reduzem a força; o trabalho, nunca. Diagrama autoral.Frenagem pelo teorema trabalho–energia. A energia cinética inicial, 21×800×302=360 kJ, tem de ser retirada inteira pelo trabalho negativo da força de frenagem, −6000×d. Daí d=60 m, sem passar pela aceleração nem pelo tempo. Diagrama autoral.As correntes estão inclinadas, mas continuam perpendiculares à velocidade, que é tangente ao círculo: a tração não realiza trabalho, e o peso tampouco (PAS 1 2021, item 63).Corda a 60° do chão: só metade da força aponta para a frente (cos60∘=0,5). O carrinho recebe metade do trabalho que receberia com um empurrão horizontal de mesma força.Rampa e escada vencem o mesmo desnível: o trabalho contra o peso é o mesmo, mgh. A rampa reduz a força a cada instante e alonga o caminho na mesma proporção.A marca no asfalto é a distância d em que a força de frenagem retirou toda a energia cinética: Fd=21mv2. Dobrar a velocidade quadruplica a marca.A força do elástico cresce com a deformação; o trabalho para esticá-lo é 21kx2, a área de um triângulo. Esticar o dobro custa quatro vezes mais.O macaco pede pouca força e muitas voltas de manivela: ele reduz a força, não o trabalho. Erguer o carro de h custa mgh com ou sem máquina (PAS 1 2013, item 92).O atrito cobra por metro de rampa: no PAS 1 de 2019, o trabalho do atrito sobre o bloco de 2 100 kg até o topo passou de 105 J, mais que os 9×104 J do item.
Rota PAS 1
Trabalho, energia, potência e conservação · PAS 1
Fontes desta página
Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.
Rota PAS 1 — Trabalho, energia, potência e conservação · Antes de começar: dez minutos de aquecimento (newton, joule, quilowatt-hora, exemplo-guia da mochila na escada); Trabalho: energia que muda de mãos por meio de uma força (conceito, tabela de símbolos, exemplo-guia do carrinho e da sacola, trabalho do peso e independência do caminho, itens 2024/92, 2010/113, 2018/89, 2021/63, armadilha cansaço/máquina, checagem da normal); Energia cinética (teorema trabalho–energia, exemplo-guia da frenagem, item 2021/60); Energia guardada (força elástica ½kx², itens 2011/63 e 2014/76); Conservação (ΔEm = −fd); Como a banca cobra (itens 2023/92, 2023/93); Resolvidos (frenagem por energia); Banco de treino T3, T10, T11, T15, T23
Recorte por assunto: só o trabalho de uma força. Energia cinética, potencial e conservação são a página energia; potência e rendimento têm página própria; a força de atrito em si está em atrito. O livro registra zero itens PAS 1 sobre trabalho de força variável (área do gráfico F × x); a página ensina o caso mesmo assim porque ele é base da força elástica e é cobrado no ENEM.
Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cebraspe) · PAS 1 2005 (item 130, tipo B), 2010 (item 113), 2011 (item 62), 2012 (item 40), 2013 (item 92), 2014 (item 77, tipo B, gráfico v × t lido na página 11 do caderno Athos Bulcão), 2018 (item 89), 2019 (item 76), 2021 (itens 63 e 67), 2023 (item 92), 2024 (item 92); PAS 3 2012 (item 48), 2018 (itens 81 e 115)
Itens reproduzidos verbatim; gabaritos conferidos em utils/material/PAS/pesquisa/classificacao/AAAA.json e classificacao-pas3/AAAA.json. Figuras impressas (rampa M1/M2 com polia, chapéu mexicano, gráfico v × t do ciclista, partícula em campo uniforme, capacitor de placas paralelas) descritas em texto neutro no suporte de cada questão. Os itens 2021/60 e 2018/90 (frenagem após rampa) são reusados por GUID da página atrito.