O conceito de potência foi importante para diversas áreas do conhecimento e desenvolvimento tecnológico, como a eletricidade, funcionamento de chuveiros, máquinas industriais, ferramentas de trabalho cotidiano, eletrodomésticos, eletroportáteis, carros, aviões e diversos outros equipamentos úteis para a sociedade atual.
Neste artigo, aprenda mais sobre a concepção física de potência, definição, fórmulas e aplicações. Veja ainda, a execução prática deste estudo no cotidiano, com exemplos e também questões de vestibulares que abordam o tema, comentadas e resolvidas. Confira!
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Conceito
A potência é uma grandeza física que mensura a variação de energia dentro de um aparelho ou máquina, de forma que indica o consumo de energia em uma unidade de tempo para realizar uma determinada tarefa.
Quanto mais potente é um aparelho, menor o tempo que ele gasta para realizar uma função, por exemplo: em uma estrada de 5 km que tenha 30º de inclinação em relação ao solo, um carro de motor mais potente poderá subir em uma velocidade de 50 km/h, em 6 minutos.
Já um outro veículo, com motor de potência inferior, gasta mais energia para fazer o mesmo percurso e anda, como exemplo, a 25 km/h, gastando o dobro do tempo (12 minutos).
Fórmula de potência
Para calcular a potência (P) de uma máquina, é necessário observar o trabalho realizado por ela e considerar quanto tempo ela levou para concluí-lo. Considere que, na física, trabalho é a grandeza que dimensiona a transferência de energia em um corpo, a partir da ação de uma força.
O valor do trabalho (𝝉) indica, simplificadamente, quanta energia é aplicada para realizar uma ação específica. A partir disso, a fórmula que define o conceito de potência é:
P = Δ𝝉 / Δt
P é a potência
Δ𝝉 considera a variação do trabalho
Δt é a variação do tempo, entre o início e fim da atividade
Nos estudos da física, a unidade padronizada segue os princípios propostos pelo Sistema Internacional de Unidades (S.I.). Para a potência, as grandezas relacionadas em sua fórmula são trabalho (medido em Joules, J) e o tempo (descrito em segundos,s).
Então, a unidade padrão da potência equivale à Joules por segundo (J/s), que, conforme o S.I. pode ser descrito como Watts (W), de forma que W = J/s.
Essa fórmula de potência é genérica, mas dentro de cada área da física existe uma fórmula específica para calcular a potência naquele nicho. Por exemplo, a potência elétrica pode ter uma fórmula simplificada, por considerar as variações matemáticas do trabalho elétrico, corrente elétrica e outras grandezas físicas próprias dessa área do conhecimento. Assim como a potência termodinâmica, que leva em conta as particularidades da transferência de calor para a construção da fórmula e assim sucessivamente.
Potência instantânea
O estudo instantâneo de um fenômeno físico diz respeito àquilo que acontece em um pequeno instante, em que o espaço de tempo é tão curto que é considerado desprezível nos cálculos, porque é muito próximo de 0.
No caso da potência instantânea, diz respeito a considerar uma máquina em um instante x de seu funcionamento e calcular a potência que ela apresenta naquele minúsculo intervalo de tempo. Nesse caso, o Δt tende ao número 0.
Potência média
A potência média (Pm) de uma máquina considera todos os valores de potência que esse equipamento adquiriu durante uma atividade e faz uma média em relação ao tempo gasto. A fórmula utilizada para o cálculo da Pm é:
Pm = 𝝉/t
Pm= potência média
𝝉 = trabalho
t = tempo
Por exemplo, um dispositivo A apresenta durante um trabalho de 30 segundos uma potência de 1000W durante os primeiros 15 segundos e, nos 15 segundos finais, admite potência de 2000 W: a potência média foi de 1500W.
Isso significa que, se um equipamento B de potência constante 1500W iniciar o trabalho no mesmo tempo que A, obteremos o mesmo tempo de funcionamento, porque suas potências médias serão iguais.
Essa relação entre potência, velocidade e tempo também pode ser mensurada com a fórmula:
P = F. Vm
P = potência
F = força resultante sobre o corpo (em Newton)
Vm = velocidade média da ação (em metros por segundo)
Veja como as grandezas força e velocidade são diretamente proporcionais à potência da máquina. Quanto mais rápido o funcionamento, maior a potência, assim como, quanto maior a força desempenhada, maior a potência. E o contrário também é verdadeiro, quando uma máquina não tem muita força vetorial para concluir seu trabalho, seu motor é menos potente.
Potência e rendimento
Um fato importante sobre as máquinas da física é que, embora exista um valor teórico de potência e funcionamento, na prática, há sempre uma dissipação de energia durante a atividade de um equipamento.
Por isso há uma diferenciação entre o que é potência total do aparelho (Pt), aquilo que o aparelho pode entregar, e a potência útil (Pu) que considera a energia que realmente pode ser utilizada, depois das dissipações.
A razão entre a potência útil e a potência total de um dispositivo indica o seu rendimento (η), ou seja, quanto de sua potência total o aparelho consegue entregar em forma de potência útil. Quanto maior o valor dessa razão, mais próximo de 1 e, consequentemente, mais rendimento há no equipamento. Por outro lado, quando a divisão tem valor baixo e próximo de 0, o rendimento é baixo, e pouca parte da energia realmente é aproveitada.
η = Pu/Pt
η = rendimento, calculado de 0 a 1, pode ser descrito em porcentagem (exemplo, η = 0,1 = 10%)
Pu = potência útil
Pt = potência útil
Aplicações do conceito de potência
A vida como um todo depende do fluxo de energia química, biológica, física, de todas as ordens possíveis. Diante disso, o nosso próprio corpo aplica o conceito de potência, na transmissão de células energia entre as células, no funcionamento dos órgãos, em uma corrida, nas atividades físicas em geral.
Além disso, o cotidiano moderno do século XXI proporciona que muitos dos equipamentos utilizados sejam baseados nesse conceito físico. Os eletroeletrônicos em geral, dependem de potência elétrica para o funcionamento, como os computadores, televisores, telefones e até mesmo lanternas à pilha.
Em uma casa, os eletrodomésticos, como o microondas, transformam energia elétrica em energia térmica a partir dos estudos de potência e termodinâmica. O funcionamento dos carros, motocicletas, caminhões, ônibus, aviões, navios passam, de uma forma ou outra, pela conhecimento sobre potência. Isso faz com que esse conhecimento seja muito relevante para um cidadão da sociedade atual, para que esteja ciente de como a vida ao seu redor ocorre.
Questões de vestibulares sobre potência
FAMECA — adaptado (2021)
A Nasa realizou, em 30.05.2020, algo inédito: um lançamento a partir de solo norte-americano usando uma empresa privada. Os astronautas decolaram do Cabo Canaveral, na Flórida, no foguete Falcon 9, da SpaceX. Dezenove horas depois, chegaram à ISS (Estação Espacial Internacional), onde fizeram, com sucesso, a acoplagem da cápsula Crew Dragon. A ISS orbita a Terra a 408 km de altura, uma distância como entre Rio de Janeiro e São Paulo.
Antes de entrar na cápsula Crew Dragon, os astronautas têm que subir em um elevador que os transporta para o braço de acesso à cápsula, localizado a 81 metros do solo.
Considere que o elevador que transporta os astronautas até o braço de acesso à cápsula Crew Dragon demore 7,5 s para fazer todo o trajeto, que a massa total do elevador, incluindo os astronautas, seja de 1500 kg e que g = 10 m/s2 no local do lançamento. Nessas condições, a potência média útil, ou seja, aquela utilizada efetivamente para vencer a força gravitacional terrestre, fornecida pelo elevador durante a subida será de
A) 243 kW.
B) 816 kW.
C) 81 kW.
D) 162 kW.
E) 150 kW.
Resposta: 
Alternativa correta: D.
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