MINHAS AULAS DE FÍSICA: Energia Mecânica

Energia

O conceito de energia é muito intuitivo. Dentro do estudo da mecânica, diz-se que um sistema possui energia quando ele é capaz de sofrer modificações espontâneas e realizar trabalho.

Um corpo em movimento, uma mola esticada ou comprimida e um corpo no alto de um prédio são exemplos de sistemas energizados.

Formas da energia mecânica

A energia mecânica é a energia envolvida no movimento dos corpos ou possível movimento. É dividida em duas formas:

- Energia Cinética;

- Energia Potencial.

Energia Cinética

É a energia que um corpo possui quando se encontra em movimento em relação a um determinado referencial. Neste caso, verifica-se que ele pode realizar trabalho, deslocando um corpo ou produzindo uma deformação em outro corpo. A energia cinética de um corpo é diretamente proporcional ao quadrado do módulo da velocidade do corpo.

Onde, no SI: E_c ® energia cinética – medida em joules (J).

m ® massa – medida em quilograma (kg).

v ® velocidade – medida em metros por segundo (m/s).

Observe:

- A energia cinética nunca será negativa, pois m > 0 e v² > 0.

- A energia cinética depende da velocidade e, portanto, depende do referencial adotado.

- A energia cinética é uma grandeza escalar, não necessita de orientação.

Energia potencial

Considere um corpo abandonado do alto de um edifício. Conforme ele vai caindo, sua velocidade vai aumentando e consequentemente sua energia cinética. Mas se a energia cinética aumenta e porque o corpo possuía alguma forma de energia que foi transformada.

A energia que se encontra armazenada num corpo é denominada energia potencial.

Na mecânica, a energia potencial pode ser:

- Energia Potencial Gravitacional.

- Energia Potencial Elástica.

Energia Potencial Gravitacional (E_P)

A energia potencial gravitacional é uma forma de energia mecânica associada à posição (altura) em que se encontra um corpo em relação a um referencial. Considere um corpo de massa m, que se encontra a uma altura h em relação ao solo, em um local onde a aceleração da gravidade é g.

A energia potencial gravitacional é dada pela expressão:

E_P = m . g . h

Onde:

Ep ® energia potencial gravitacional - medida em joules (J)

M ® massa – medida em quilograma (kg)

g ® aceleração da gravidade local – medida em m/s²

- Dependendo da posição do corpo em relação ao nível de referência, a energia potencial gravitacional pode ser positiva, nula ou negativa.

- Acima do plano de referência, E_P > 0.

- No mesmo nível do plano de referência, E_P = 0.

- Abaixo do plano de referência, E_P < 0.

- A energia potencial gravitacional é grandeza escalar, não necessita de orientação.

- A variação de energia potencial, analogamente à variação de energia cinética, está relacionada ao trabalho realizado. Porém, no caso da energia potencial as forças envolvidas são denominadas de forças conservativas.

- Força conservativa realiza trabalho que depende somente da posição inicial e da posição final do corpo sobre o qual atua. O trabalho realizado não depende da trajetória entre as duas posições.

Energia Potencial Elástica (E_Pe)

A energia potencial elástica está relacionada com uma deformação. Um corpo preso a uma mola comprimida possui energia potencial elástica armazenada e que pode se transformar em energia cinética quando a mola for distendida e fizer o corpo entrar em movimento.

Considerando um sistema elástico constituído de uma mola de constante elástica k, ao deformar o sistema de um comprimento x realiza-se um trabalho.