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 (EP)
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:
EP = 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, EP > 0.
- No mesmo nível do
plano de referência, EP = 0.
- Abaixo do plano
de referência, EP < 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 (EPe)
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:
Epe ® 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.
EM = EC + EP
