ENERGIA MECÂNICA

 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 conseqüentemente 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.

Este trabalho fica armazenado no sistema, denominado de energia potencial elástica.

Onde:

E_pe ® energia potencial elástica armazenada pela mola – medida em joules (J)

x ® deformação da mola em relação à posição normal - medida em metros (m)

K ® constante elástica da mola – medida em N/m.

 

- A energia potencial elástica nunca será negativa,

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

 

Energia mecânica total

A energia mecânica total de um sistema é determinada pela soma das energias cinética e potencial.

 

E_M = E_C + E_P

 

 Forças conservativas

As forças conservativas são aquelas que realizam trabalho, e este trabalho não depende da forma da trajetória do corpo. Na realização do trabalho observa-se a redução de energia potencial, mas um acréscimo de energia cinética ou vice versa.

As forças conservativas às quais está associada uma energia potencial, como o peso e a força elástica. Quando um corpo está sujeito somente à ação de forças conservativas que realizam um trabalho, pode, por exemplo, diminuir a energia cinética, mas, em compensação, ocorre um aumento da energia potencial.

 

Sistema conservativo

É considerado sistema conservativo aqueles onde a energia mecânica se mantém constante. A energia cinética e a energia potencial sofrem alterações mas a soma dessas energias é constante. Para isso é necessário que apenas as forças conservativas estejam realizando trabalho.

Assim pode-se enunciar o Princípio da conservação da energia mecânica:

 

“Em um sistema que atuam apenas forças conservativas,

a energia mecânica permanece constante”.