UERJ 2024 COLETÂNEA XVI ENERGIA POTENCIAL

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Estudo aprofundado da energia potencial e de sua relação com o trabalho das forças conservativas, a energia cinética e os princípios fundamentais da Termodinâmica. A coletânea desenvolve os conceitos matemáticos de integral, diferencial exata e função potencial, estabelecendo suas aplicações à Mecânica Clássica, à Física Matemática e à Termodinâmica de sistemas abertos.

Conteúdo programático

Energia potencial: definição, interpretação física, sistemas conservativos e exemplos de energia potencial gravitacional e elástica.

Integral e diferencial exata: conceito de integral de linha, diferenciais totais e condições matemáticas para que uma diferencial seja exata.

Diferencial exata de uma função: relação entre uma função escalar e suas derivadas parciais, cálculo do diferencial total e condições de integrabilidade. Aplicações ao campo de forças conservativas e à determinação de funções potenciais.

Trabalho de uma força conservativa: cálculo do trabalho ao longo de uma trajetória, independência do caminho, integral de linha e relação entre trabalho e variação da energia potencial. Análise do campo gradiente e da condição de rotacional nulo em regiões apropriadas.

Energia potencial e energia cinética: dedução da relação entre trabalho e variação da energia cinética, conservação da energia mecânica e demonstração de que a soma das variações das energias potencial e cinética é nula quando atuam exclusivamente forças conservativas.

Primeira Lei da Termodinâmica — sistema aberto: análise de volumes de controle, conservação da energia, transferência de calor e trabalho, energia interna, entalpia, energia cinética e potencial do escoamento. Formulação do balanço de energia para sistemas com entrada e saída de massa, com aplicações à engenharia térmica, à mecânica dos fluidos, às turbomáquinas e aos processos de escoamento permanente e transiente.

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