Física · Mecânica

Dissipação, potência
e eficiência

Atrito · Energia térmica · Potência · Quilowatt-hora · Eficiência

2026
Ponto de partida

O que vimos na aula de energia mecânica

A soma
Energia mecânica
Em = Ec + Epg + Epe. A energia de movimento somada à energia guardada na altura e na mola.
A regra
Ela se conserva...
...quando só o peso e a força elástica realizam trabalho. Nesse caso, o que uma forma perde a outra ganha.
A pergunta
Mas o skate para
Numa pista de verdade, o skatista sobe cada vez menos e acaba parado no fundo. Para onde foi a energia?
Ponto de partida

Com atrito, a energia mecânica diminui

nível zero h com atrito · m = 50 kg · altura de partida 4 m Ec0 JEpg0 JEm0 Jtérmica0 J energia total: 2000 J

A cada passagem, uma parte da energia mecânica vira energia térmica: as rodas, a pista e o ar esquentam um pouco. A soma das duas continua em 2000 J.

Roteiro

O que vamos ver

01
Forças dissipativas
Para onde vai a energia mecânica
02
Potência
A rapidez com que a energia é transferida
03
A conta de luz
Potência, tempo e quilowatt-hora
04
Eficiência
Quanto da energia se aproveita
05
Síntese
Um quadro com tudo junto
01 Bloco 01

Forças dissipativas

Atrito e resistência do ar transformam energia mecânica em térmica.

Forças dissipativas

A energia que vira calor

Forças dissipativas, como o atrito e a resistência do ar, realizam trabalho negativo e transformam energia mecânica em energia térmica. A energia não some: ela se espalha, aquecendo os corpos em contato.

Atrito
Mãos esfregadas
Esfregue as mãos por dez segundos. O movimento vira calor, e dá para sentir.
Atrito
Freio de bicicleta
Depois de uma descida longa freando, a sapata e o aro ficam quentes ao toque.
Resistência do ar
Meteoro
Um fragmento de rocha entra na atmosfera tão rápido que o ar o aquece até brilhar.
De volta aos blocos de Feynman: a energia térmica é o “tapete” onde estava a energia que parecia ter sumido.
Forças dissipativas

O atrito muda a energia mecânica

1
O teorema trabalho-energia vale com qualquer força:Wtotal = ΔEc
2
Num corpo que desce uma rampa, trabalham o peso e o atrito; a normal é perpendicular e não trabalha:WP + Wat = ΔEc
3
O trabalho do peso é o que ele tira da energia potencial:WP = − ΔEpg
4
Substituindo e passando para o outro lado:Wat = ΔEc + ΔEpg = ΔEm
O trabalho do atrito é negativo, e por isso a energia mecânica diminui. O módulo dele é a energia que virou térmica: Edissipada = Fat · d.
Exercícios · Dissipativas

Exercício 1

Um bloco de 2 kg parte do repouso no alto de uma rampa de 5 m de altura e 10 m de comprimento. Ao chegar embaixo, sua velocidade é de 8 m/s. Use g = 10 m/s².
5 m 10 m de rampa 8 m/s 2 kg, parte do repouso
Pede-se
aA energia dissipada na descida
bA força de atrito média sobre o bloco
PistaCompare a energia mecânica no alto com a energia mecânica embaixo.
Exercícios · Dissipativas

Exercício 1 · resolução

m = 2 kg · h = 5 m · rampa de 10 m · vfinal = 8 m/s
5 m 10 m de rampa 8 m/s 2 kg, parte do repouso
1
Zero embaixo. No alto, só energia potencial:Em,i = 2 · 10 · 5 = 100 J
2
Embaixo, só energia cinética:Em,f = 2 · 8²2 = 64 J
3
A diferença virou térmica:Edissipada = 100 − 64 = 36 J
4
O atrito agiu ao longo dos 10 m de rampa:Fat = 3610 = 3,6 N
Exercícios · Dissipativas

Exercício 2

Um carro de 1000 kg, a 20 m/s (72 km/h), freia até parar numa pista horizontal. A força de atrito nos freios vale 8000 N.
20 m/s 1000 kg freio: atrito transforma a energia em térmica
Pede-se
aA energia transformada em térmica até o carro parar
bA distância de frenagem
Exercícios · Dissipativas

Exercício 2 · resolução

m = 1000 kg · v = 20 m/s · Fat = 8000 N
20 m/s 1000 kg freio: atrito transforma a energia em térmica
1
Energia cinética antes de frear:Ec = 1000 · 20²2 = 200 000 J
2
Toda ela vira térmica:Etérmica = 2,0 · 105 J
3
O atrito precisa retirar essa energia:8000 · d = 200 000  →  d = 25 m
02 Bloco 02

Potência

Não basta saber quanta energia; importa em quanto tempo.

Potência

A mesma subida, em tempos diferentes

em 5 s em 20 s a mesma energia, quatro vezes mais rápido a mesma energia, mais devagar

Duas pessoas iguais sobem a mesma escada. Ao chegar ao topo, as duas ganharam a mesma energia potencial gravitacional.

A diferença é o tempo. Quem sobe correndo transfere a mesma energia em menos tempo: tem mais potência.

Em corridas de carro vale o mesmo: ganha vantagem o motor que entrega energia às rodas mais depressa, e não o que tem mais energia guardada no tanque.
Potência

Energia por unidade de tempo

P = Et = Wt
Ppotência, em watts (W)
E, Wenergia transferida ou trabalho, em J
ttempo, em segundos (s)
unidade do SI
watt (W)
1 W = 1 J/s: um joule a cada segundo.
múltiplo
quilowatt (kW)
1 kW = 1000 W. Chuveiros, motores, fornos.
motores
cavalo-vapor (cv)
1 cv = 735,5 W. Carros, barcos, máquinas.
Potência

Força e velocidade

1
Quando a força é constante e aponta na direção do movimento:P = Wt = F · dt
2
Como d dividido por t é a velocidade:P = F · v
3
Um carro a 20 m/s, em velocidade constante, enfrentando 600 N de resistência do ar e do rolamento:P = 600 · 20 = 12 000 W = 12 kW
Em velocidade constante, o motor não está acelerando o carro: está repondo, a cada segundo, a energia que o atrito e o ar transformam em calor.
Exercícios · Potência

Exercício 3

Um guindaste ergue uma carga de 500 kg a 20 m de altura em 10 s, com velocidade constante. Use g = 10 m/s².
500 kg 20 m em 10 s
Pede-se
aA potência útil do guindaste, em watts
bEssa potência em cavalos-vapor
Exercícios · Potência

Exercício 3 · resolução

m = 500 kg · h = 20 m · t = 10 s · 1 cv = 735,5 W
500 kg 20 m em 10 s
1
Energia entregue à carga:W = m · g · h = 500 · 10 · 20 = 100 000 J
2
Potência:P = 100 00010 = 10 000 W = 10 kW
3
Em cavalo-vapor:10 000 / 735,5 ≈ 13,6 cv
Exercícios · Potência

Exercício 4

O motor A ergue 200 kg a 3 m em 6 s. O motor B ergue 100 kg a 6 m em 4 s. Qual deles é mais potente?
a)o motor A, que ergue mais massa
b)o motor B, que faz o mesmo trabalho em menos tempo
c)os dois, porque realizam o mesmo trabalho
d)o motor B, que ergue mais alto
e)não é possível comparar sem saber a velocidade
Exercícios · Potência

Exercício 4 · resolução

a)o motor A, que ergue mais massa
b)o motor B, que faz o mesmo trabalho em menos tempo
c)os dois, porque realizam o mesmo trabalho
d)o motor B, que ergue mais alto
e)não é possível comparar sem saber a velocidade
1
Trabalho de A:WA = 200 · 10 · 3 = 6000 J
2
Trabalho de B:WB = 100 · 10 · 6 = 6000 J
✓
Potências:PA = 6000 / 6 = 1000 WPB = 6000 / 4 = 1500 W
O mesmo trabalho em menos tempo é mais potência. O B leva vantagem pelo relógio, e não pela carga.
03 Bloco 03

A energia na conta de luz

Potência vezes tempo, e por que a conta de luz não vem em joules.

Conta de luz

Energia é potência vezes tempo

E = P · t
Eenergia, em kWh
Ppotência, em kW
ttempo, em horas (h)
Em joules, um quilowatt-hora vale:1 kWh = 1000 W · 3600 s = 3,6 · 106 J
5 kW · meia hora
Um banho de chuveiro
E = 5 · 0,5 = 2,5 kWh
10 W · 5 horas
Uma lâmpada LED
E = 0,010 · 5 = 0,05 kWh
Conta de luz

Como ler o medidor de ponteiros

leitura: 2783 kWh 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 milhar anti-horário centena horário dezena anti-horário unidade horário
regra 1
Sentidos alternados
Os relógios vizinhos giram em sentidos opostos. Confira a ordem dos números em cada um.
regra 2
O último ultrapassado
Se o ponteiro está entre dois números, vale o menor deles, o último que ele já passou.
consumo
Diferença de leituras
O consumo do mês é a leitura atual menos a do mês anterior, em kWh.
Exercícios · Conta de luz

Exercício 5

Numa casa, o chuveiro de 5 kW fica ligado 1 h por dia, somando os banhos de todos. Uma lâmpada LED de 10 W fica acesa 5 h por dia. A tarifa é de R$ 0,80 por kWh. Considere um mês de 30 dias.
Pede-se
aA energia e o custo mensal do chuveiro
bA energia e o custo mensal da lâmpada
PistaPasse as potências para kW e o tempo para horas: o resultado sai direto em kWh.
Exercícios · Conta de luz

Exercício 5 · resolução

chuveiro 5 kW · 1 h/dia · LED 10 W · 5 h/dia · 30 dias · R$ 0,80/kWh
1
Chuveiro no mês:E = 5 · 1 · 30 = 150 kWhcusto = 150 · 0,80 = R$ 120,00
2
Lâmpada no mês, com 10 W = 0,010 kW:E = 0,010 · 5 · 30 = 1,5 kWhcusto = 1,5 · 0,80 = R$ 1,20
O chuveiro custa cem vezes mais que a lâmpada. Banho curto economiza mais que apagar a luz.
Exercícios · ENEM

Exercício 6

leitura atual 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 leitura do mês passado 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
(Enem 2010) A energia elétrica consumida nas residências é medida, em quilowatt-hora, por meio de um relógio medidor de consumo. Nesse relógio, da direita para esquerda, tem-se o ponteiro da unidade, da dezena, da centena e do milhar. Se um ponteiro estiver entre dois números, considera-se o último número ultrapassado pelo ponteiro. Suponha que as medidas indicadas nos esquemas seguintes tenham sido feitas em uma cidade em que o preço do quilowatt-hora fosse de R$ 0,20. O valor a ser pago pelo consumo de energia elétrica registrado seria de
a)R$ 41,80.
b)R$ 42,00.
c)R$ 43,00.
d)R$ 43,80.
e)R$ 44,00.
Exercícios · ENEM

Exercício 6 · resolução

leitura atual 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 leitura do mês passado 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
a)R$ 41,80.
b)R$ 42,00.
c)R$ 43,00.
d)R$ 43,80.
e)R$ 44,00.
1
Leituras, do milhar à unidade:atual: 2783 kWhmês passado: 2563 kWh
2
Consumo e custo:2783 − 2563 = 220 kWh220 · 0,20 = R$ 44,00
04 Bloco 04

Eficiência

Quanto da energia que entra sai como aquilo que se queria.

Eficiência

A fração da energia que se aproveita

η = EútilEtotal
ηeficiência, ou rendimento: letra grega eta
Eútilenergia que sai na forma desejada
Etotalenergia que entra na máquina
A eficiência é sempre menor que 1, ou menor que 100%. A energia que não é útil não desaparece: sai, quase sempre, como calor. Vale também com potências: η = Pútil / Ptotal.
Eficiência

Para onde vai a energia de uma lâmpada

lâmpada incandescente 100% elétrica luz 5% calor 95%lâmpada LED 100% elétrica luz 30% calor 70%

A lâmpada incandescente é, na prática, um aquecedor que também ilumina. A LED entrega a mesma luz com uma fração da energia, e é por isso que substituiu a incandescente. Valores típicos, aproximados.

Eficiência

Quando há várias etapas, as eficiências se multiplicam

100% química 35,0% usina × 0,35 31,5% linhas × 0,9 1,6% lâmpada × 0,05

A energia que sai de uma etapa é a que entra na seguinte. Por isso a eficiência do processo inteiro é o produto das eficiências:

η = η1 · η2 · η3
0,35 · 0,90 · 0,05 ≈ 0,016
Só 1,6% da energia do combustível vira luz. A etapa de pior eficiência é a que mais pesa no resultado.
Eficiência

A etiqueta nos eletrodomésticos

No Brasil, geladeiras, aparelhos de ar-condicionado, máquinas de lavar e lâmpadas trazem uma etiqueta de eficiência energética, com faixas que vão da A, a mais eficiente, às de maior consumo.

Dois aparelhos que fazem o mesmo serviço podem ter consumos bem diferentes. A etiqueta permite comparar antes de comprar, e a diferença aparece todo mês na conta.

Exercícios · Eficiência

Exercício 7

Um motor elétrico recebe 2000 W da rede e fornece 1500 W de potência mecânica ao eixo.
Pede-se
aA eficiência do motor
bA potência dissipada
cA energia dissipada em 1 minuto de funcionamento
Exercícios · Eficiência

Exercício 7 · resolução

Ptotal = 2000 W · Pútil = 1500 W
1
Eficiência:η = 15002000 = 0,75 = 75%
2
Potência dissipada:2000 − 1500 = 500 W
3
Em 1 minuto, 60 s:E = 500 · 60 = 30 000 J
Os 500 W que não viram movimento aquecem o motor: daí as aletas e a ventoinha.
Exercícios · ENEM

Exercício 8

Usina de força E1 = 0,35 Linhas de transmissão E2 = 0,90 Luz E3 = 0,05 eficiência geral = 0,35 × 0,90 × 0,05 = 0,016 = 1,6%
(Enem 2009) A eficiência de um processo de conversão de energia é definida como a razão entre a produção de energia ou trabalho útil e o total de entrada de energia no processo. A figura mostra um processo com diversas etapas. Nesse caso, a eficiência geral será igual ao produto das eficiências das etapas individuais. A entrada de energia que não se transforma em trabalho útil é perdida sob formas não utilizáveis (como resíduos de calor). Aumentar a eficiência dos processos de conversão de energia implica economizar recursos e combustíveis. Das propostas seguintes, qual resultará em maior aumento da eficiência geral do processo?
a)Aumentar a quantidade de combustível para queima na usina de força.
b)Utilizar lâmpadas incandescentes, que geram pouco calor e muita luminosidade.
c)Manter o menor número possível de aparelhos elétricos em funcionamento nas moradias.
d)Utilizar cabos com menor diâmetro nas linhas de transmissão a fim de economizar o material condutor.
e)Utilizar materiais com melhores propriedades condutoras nas linhas de transmissão e lâmpadas fluorescentes nas moradias.
Exercícios · ENEM

Exercício 8 · resolução

Usina de força E1 = 0,35 Linhas de transmissão E2 = 0,90 Luz E3 = 0,05 eficiência geral = 0,35 × 0,90 × 0,05 = 0,016 = 1,6%
A etapa de menor eficiência é a lâmpada, 0,05. Trocá-la por uma mais eficiente é o que mais aumenta o produto.
a)Aumentar a quantidade de combustível para queima na usina de força.
b)Utilizar lâmpadas incandescentes, que geram pouco calor e muita luminosidade.
c)Manter o menor número possível de aparelhos elétricos em funcionamento nas moradias.
d)Utilizar cabos com menor diâmetro nas linhas de transmissão a fim de economizar o material condutor.
e)Utilizar materiais com melhores propriedades condutoras nas linhas de transmissão e lâmpadas fluorescentes nas moradias.

Aumentar combustível (a) ou desligar aparelhos (c) muda a quantidade de energia, não a fração aproveitada. Cabos mais finos (d) aquecem mais e pioram a transmissão. Só a (e) melhora as eficiências, incluindo a da pior etapa.

Síntese

Dissipação, potência e eficiência

GrandezaO que medeFórmulaUnidade
Trabalho do atritoa energia mecânica que vira térmicaWat = ΔEmJ
Potênciaa rapidez da transferência de energiaP = E / t · P = F · vW, kW, cv
Energia elétricao consumo de um aparelhoE = P · tkWh (kW · h)
Eficiênciaa fração aproveitadaη = Eútil / Etotalsem unidade, ou %
Em síntese

O que levar desta aula

  • 01Com atrito, a energia mecânica diminui, mas a energia total não: a diferença vira energia térmica.
  • 02Potência é a rapidez da transferência de energia: P = E / t, em watts.
  • 03Na conta de luz, a energia é potência vezes tempo, medida em quilowatt-hora.
  • 04Eficiência é a fração aproveitada, sempre menor que 100%; em várias etapas, as eficiências se multiplicam.
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