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Não use libras ou outras unidades que não sejam padrão ou a resposta final não será em joules. 
Se o objeto for movido horizontalmente, a gravidade é irrelevante. Em vez disso, o problema pode pedir para calcular a força necessária para superar a resistência ao atrito. Se for dada a aceleração do objeto quando ele é empurrado, então você pode multiplicar a aceleração dada pela massa. 
Se uma força `para a direita`, `para cima` ou `na direção do movimento` já é fornecida, então `força x cos(θ)` é calculado e você pode continuar a multiplicar os valores. 
No nosso exemplo, o ângulo θ entre o solo e a corda é de 30º. Calcule cos(θ). cos(30º)=(√3)/2=cerca de 0,866. Você pode usar uma calculadora para encontrar esse valor, mas certifique-se de que sua calculadora use a unidade correta quando o ângulo for fornecido (graus ou radianos). Multiplique a potência total x cos(θ). Em nosso exemplo, 10N x 0,866=8,66 N na direção do movimento. 
Se o ciclista estiver se movendo a uma velocidade constante (sem aceleração), meça a distância que o ciclista percorreu e divida pelo número de segundos que levou para percorrer essa distância. Isso calcula a velocidade média, que neste cenário é a mesma que a velocidade em qualquer momento. Se o ciclista se move com aceleração constante e não muda de direção, calcule sua velocidade no momento t com a fórmula `velocidade(tempo t)=(aceleração)(t) + velocidade inicial. O tempo está em segundos, a velocidade em metros/segundo e a aceleração em m/s. 
A fórmula para a energia cinética pode ser derivada da definição de trabalho, W=FΔs, e a equação v=v0 + 2aΔs. Δs refere-se a `deslocamento`, ou também a distância percorrida. 
Como o joule é uma unidade pequena e como o consumo de energia dos aparelhos geralmente é expresso em watts, miliwatts e quilowatts, geralmente é mais conveniente calcular o número de kWh (quilowatt-hora) consumido por um dispositivo. 1 watt é igual a 1 joule por segundo, ou 1 joule é igual a 1 watt por segundo; um quilowatt é igual a 1 quilojoule por segundo e um quilojoule é igual a 1 quilowatt segundo. Há 3.600 segundos em uma hora, então 1 quilowatt-hora é igual a 3.600 quilowatts-segundo, 3.600 quilojoules ou 3.600.000 joules. 
O calor específico varia ligeiramente dependendo da temperatura e pressão. Diferentes organizações e livros usam diferentes `temperaturas padrão`, então você pode ter que usar 4 calores específicos para o calor específico da água.179 achados. Você também pode usar Kelvin em vez de Celsius, pois 1 grau é o mesmo para ambas as escalas (aquecer algo a 3ºC é o mesmo que aquecer algo a 3 Kelvin). Não use Fahrenheit ou o resultado não será dado em Joules. 
Se você quiser saber a quantidade total de energia armazenada na forma de calor, pode fingir que a temperatura inicial era zero absoluto: 0 Kelvin ou -273.15ºC. 
O calor é geralmente expresso em calorias ou quilocalorias. Uma caloria é definida como a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 grama de água em 1 grau Celsius, enquanto uma quilocaloria (ou Caloria) é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 quilograma de água em 1 grau Celsius. No exemplo acima, aumentar a temperatura de 500 gramas de água em 20 graus Celsius leva 10.000 calorias ou 10 quilocalorias.
Calcular joules
Contente
O joule (J), em homenagem ao físico inglês James Edward Joule, é uma das unidades mais importantes do Sistema Métrico Internacional. O joule é usado como unidade de trabalho, energia e calor e é amplamente utilizado na ciência. Se você quiser que sua resposta seja em joules, use sempre as unidades científicas padrão.
Degraus
Método 1 de 4: Calculando o trabalho em joules
1. A definição de trabalho. O trabalho é definido como uma força constante exercida sobre um objeto para movê-lo uma certa distância. Se não for aplicada mais de uma força, ela pode ser calculada como potência X distância, e pode ser escrito em unidades de Joules (equivalente a um `Newton metro`). Em nosso primeiro exemplo, pegamos uma pessoa que deseja adicionar um peso do chão à altura do peito e calculamos quanto trabalho essa pessoa realizou.
- A força deve ser aplicada na direção do movimento. Ao segurar um objeto e andar para frente, nenhum trabalho é feito no objeto porque você não está empurrando o objeto na direção de seu movimento.
2. Determine a massa do objeto que está sendo movido. A massa de um objeto é necessária para calcular a força necessária para movê-lo. Em nosso exemplo, assumimos que o peso tem uma massa de 10 kg.
3. Calcule a força. Força = massa x aceleração. Em nosso exemplo, levantando um peso para cima, a aceleração que estamos tentando superar é igual à gravidade, 9.8 m/s para baixo. Calcule a força necessária para levantar o peso usando (10 kg) x (9.8 m/s)=98 kg m/s=98 Newtons (N).
4. Meça a distância que o objeto é movido. Neste exemplo, digamos que o peso seja 1.5 metros (m) é levantado. A distância deve ser medida em metros, caso contrário a resposta final não pode ser escrita em Joules.
5. Multiplique a potência pela distância. Para um peso de 98 Newtons 1.5 metros, você será 98 x 1.5=147 Joules de trabalho a fazer.
6. Calcular o trabalho para objetos que se movem em um ângulo. Nosso exemplo acima foi simples: alguém aplicou uma força para cima no objeto e o objeto subiu. Às vezes, a direção da força e o movimento do objeto não são exatamente os mesmos porque existem várias forças agindo sobre o objeto. No exemplo a seguir, vamos calcular quantos Joules são necessários para rebocar um trenó 25 metros pela neve puxando uma corda presa ao trenó em um ângulo de 30º com a horizontal. O seguinte se aplica: trabalho = força x cos(θ) x distância. O símbolo θ é a letra grega `theta` e representa o ângulo entre a direção da força e a direção do movimento.
7. Determine a força total aplicada. Neste problema, assumimos que alguém puxa a corda com uma força de 10 Newtons.
8. Calcule a força relevante. Apenas parte da força puxa o carro para frente. Como a corda está inclinada para cima, a força restante tenta levantar o trenó, neutralizando a gravidade. Calcule a força na direção do movimento:
9. Multiplicar força x distância. Agora que sabemos quanta força é aplicada na direção do movimento, podemos calcular o trabalho como de costume. Nosso problema nos diz que a carruagem foi arrastada 20 metros para frente, então calculamos 8,66 N x 20 m = 173,2 joules de trabalho.
Método 2 de 4: Calculando a Energia Cinética em Joules
1. Entenda o que é energia cinética. A energia cinética é a quantidade de energia na forma de movimento. Como acontece com qualquer forma de energia, isso pode ser expresso em Joules.
- A energia cinética é igual à quantidade de trabalho realizado para acelerar um objeto estacionário a uma determinada velocidade. Uma vez atingida essa velocidade, o objeto retém essa quantidade de energia cinética até que essa energia seja convertida em calor (por atrito), energia gravitacional (ao ir contra a gravidade) ou outros tipos de energia.
2. Determine a massa do objeto. Por exemplo, podemos medir a energia cinética de uma bicicleta e de um ciclista. Suponha que o ciclista tenha uma massa de 50 kg e a bicicleta uma massa de 20 kg. Isso é somado a uma massa total m a partir de 70kg. Agora podemos tratá-los juntos como 1 objeto de 70 kg, porque eles se movem juntos na mesma velocidade.
3. Calcule a velocidade. Se você já conhece a velocidade ou velocidade vetorial do ciclista, anote e siga em frente. Se você ainda não tiver calculado isso, use um dos métodos abaixo. Esta é a velocidade, não a velocidade vetorial (que é a velocidade em uma determinada direção), embora a letra seja frequentemente usada como abreviação v usado para velocidade. Ignore as curvas que o ciclista fizer e finja que toda a distância é percorrida em linha reta.
4. Digite os seguintes números na seguinte fórmula. Energia cinética = (1/2)m`v. Por exemplo, se o ciclista está se movendo a uma velocidade de 15 m/s, então sua energia cinética é K=(1/2)(70 kg)(15 m/s)=(1/2)(70 kg)( 15 m/s)(15 m/s)=7875 kgm/s=7875 newton metros=7875 joules.
Método 3 de 4: Calculando o Joule como Energia Elétrica
1. Calcule a energia usando potência x tempo. A potência é definida como a energia consumida por unidade de tempo, para que possamos calcular a energia consumida pela potência vezes a unidade de tempo. Isso é útil ao medir a potência em watts, porque 1 watt = 1 Joule/segundo. Para descobrir quanta energia uma lâmpada de 60W usa em 120 segundos, multiplique o seguinte: (60 watts) x (120 segundos) = 7200 joules.
- Esta fórmula pode ser usada para qualquer tipo de potência, medida em watts, mas a eletricidade é a mais óbvia.
2. Use as etapas abaixo para calcular o fluxo de energia em um circuito elétrico. As etapas abaixo são escritas como um exemplo prático, mas você também pode usar esse método para entender problemas teóricos de física. Primeiro calculamos a potência P usando a fórmula P=I x R, onde I é a corrente em amperes e R é a resistência em ohms. Essas unidades nos dão a potência em watts, então a partir deste ponto podemos aplicar a fórmula usada na etapa anterior para calcular a energia em joules.
3. Escolha uma resistência. Os resistores são indicados em ohms, com seu valor indicado diretamente no resistor, ou indicado por uma série de anéis coloridos. Você também pode testar uma resistência com um ohmímetro ou multímetro. Neste exemplo, assumimos que a resistência que estamos usando é de 10 ohms.
4. Conecte o resistor a uma fonte de energia (bateria). Use grampos para isso ou coloque o resistor em um circuito de teste.
5. Deixe uma corrente fluir através dele por um certo período de tempo. Neste exemplo, tomamos 10 segundos como unidade de tempo.
6. Meça a intensidade da corrente. Você faz isso com um medidor de eletricidade ou um multímetro. A maioria das formas de corrente doméstica é em miliamperes, então vamos supor que a corrente seja 100 miliamperes, ou 0,1 amperes.
7. Use a fórmula P=I x R. Agora para encontrar a potência, multiplique a potência da corrente pela resistência. Isso lhe dá a potência deste circuito em watts. O quadrado de 0,1 dá 0.01. Multiplique isso por 10 e você terá uma potência de saída de 0,1 watts ou 100 miliwatts.
8. Multiplique a potência pelo tempo decorrido. Isso produz a energia em joules. 0,1 watts x 10 segundos equivale a 1 joule de energia elétrica.
Método 4 de 4: Calculando o calor em joules
1. Determine a massa do objeto ao qual o calor é adicionado. Use uma balança ou balança para isso. Se o objeto for um líquido, primeiro pese o recipiente vazio em que o líquido entra. Você precisará subtrair isso da massa do recipiente e do líquido juntos para encontrar a massa do líquido. Neste exemplo, assumimos que o objeto é 500 gramas de água.
- Use gramas, não outra unidade, caso contrário o resultado não será dado em Joules.
2. Determine o calor específico do objeto. Esta informação pode ser encontrada em livros de referência de química binas, mas você também pode encontrá-la online. Para a água, o calor específico c é igual a 4.19 Joules por grama para cada grau Celsius – ou 4.1855, se você quiser ser muito preciso.
3. Determine a temperatura atual do objeto. Se o objeto for um líquido, você pode usar um termômetro comum (mercúrio). Para outros objetos, você pode precisar de um termômetro com uma sonda.
4. Aqueça o objeto e meça a temperatura novamente. Isso permite que você meça a quantidade de calor adicionada a um objeto durante o aquecimento.
5. Subtraia a temperatura original da temperatura após o aquecimento. Isso resulta na mudança na temperatura do objeto. Supondo que a água estava inicialmente a 15 graus Celsius e após o aquecimento 35 graus Celsius, a mudança na temperatura é, portanto, de 20 graus Celsius.
6. Multiplique a massa do objeto pelo calor específico e a mudança na temperatura. Você escreve esta fórmula como H =mcΔt, onde ΔT representa a `mudança de temperatura`. Neste exemplo será 500g x 4.19 x 20 = 41.900 joules.
Pontas
- Relacionado ao joule está outra unidade de trabalho e energia chamada erg; 1 erg é igual a 1 dina força vezes uma distância de 1 cm. Um joule é igual a 10.000.000 erg.
Avisos
- Embora os termos `joule` e `newton metro` se refiram à mesma unidade, na prática o `joule` é usado para indicar qualquer forma de energia e para o trabalho realizado em linha reta, como no exemplo de subir escadas acima. Quando usado para calcular o torque (força em um objeto em rotação), preferimos o termo `newton meter`.
Necessidades
Calculando o trabalho ou energia cinética:
- Cronômetro ou um temporizador
- Libra ou Equilíbrio
- Calculadora com função cosseno (apenas para trabalho, nem sempre necessária)
Calculando a energia elétrica:
- Resistência
- Fios ou uma placa de teste
- Multímetro (ou um ohmímetro e um medidor de corrente)
- Presilhas Fahnestock ou jacaré
Calor:
- Objeto para aquecer
- Fonte de calor (como um bico de Bunsen)
- Termômetro (um termômetro líquido ou termômetro com uma sonda)
- Referência química/química (para encontrar o calor específico do objeto que está sendo aquecido)
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