A energia mecânica pode ser definida como a capacidade de um corpo de realizar trabalho. Quando essa capacidade de realizar trabalho está relacionada com o movimento, ela é chamada de energia cinética. Porém, se a capacidade de realizar trabalho estiver relacionada com a posição de um corpo, ela é chamada de energia potencial. Show
Energia cinética Essa forma de energia está relacionada com a massa e a velocidade de um corpo. Matematicamente, ela é dada pela equação: Ecin = mv2 Sendo: m – massa do corpo; v – velocidade. Podemos ver, com a equação acima, que, se a velocidade for zero, o corpo não terá energia cinética. Isso comprova o que diz a definição dessa forma de energia, que a descreve como a energia associada ao movimento dos corpos. Outra conclusão que podemos tirar a partir da equação é que a energia cinética sempre terá valores positivos, pois a massa sempre é positiva, e se a velocidade tiver valor negativo, ao ser elevada ao quadrado, terá como resultado um valor positivo. Dessa forma, o produto mv2 sempre será positivo. Energia potencial Para compreender melhor a definição de energia potencial, veja as figuras:
Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) Nos dois casos, o bloco terá a capacidade de realizar trabalho, em virtude da energia armazenada pela posição em que ele se encontra. A energia armazenada denomina-se energia potencial e pode ser de dois tipos: Energia potencial gravitacional: quando a energia tem origem na atração gravitacional da Terra sobre um objeto. É o caso da primeira figura, em que o bloco está suspenso pelo fio. Se o fio for rompido, haverá o movimento de queda livre. Essa forma de energia depende da altura que o corpo se encontra, de sua massa e da gravidade local. Matematicamente, é calculada com a equação: Epg = m.g.h Sendo: m – massa do corpo; g – aceleração da gravidade no local; h – altura em que o corpo se encontra em relação a um determinado referencial. Energia potencial elástica: tem origem na ação que uma mola pode exercer sobre o corpo. Por exemplo, na segunda figura, em que o bloco está preso a uma mola comprimida por um fio, se esse fio for cortado, a mola esticará e empurrará o bloco para frente, fazendo com que ele realize trabalho. A energia potencial elástica depende da constante elástica da mola e do deslocamento. Ela é definida pela expressão: Epel = 1 k x2 Sendo: k – a constante elástica da mola; x – deslocamento da mola.
Energia mecânica é uma grandeza física escalar, medida em joules, de acordo com o SI. Ela equivale à soma das energias cinética e potencial de um sistema físico. Em sistemas conservativos, ou seja, sem atrito, a energia mecânica permanece constante. Veja também: Eletrostática: o que é carga elétrica, eletrização, estática e outros conceitos Tópicos deste artigo
Introdução à energia mecânicaQuando uma partícula dotada de massa move-se livremente pelo espaço, com certa velocidade e sem sofrer a ação de força alguma, dizemos que ela carrega consigo uma quantidade de energia puramente cinética. No entanto, se essa partícula passa a sofrer algum tipo de interação (gravitacional, elétrica, magnética ou elástica, por exemplo), dizemos que ela também é dotada de uma energia potencial. Energia potencial trata-se, portanto, de uma forma de energia que pode ser estocada ou armazenada; enquanto energia cinética é aquela relativa à velocidade da partícula. Agora que definimos os conceitos de energia cinética e de energia potencial, podemos compreender com maior clareza do que se trata a energia mecânica: é a totalidade de energia relacionada ao estado de movimento de um corpo. Veja também: Elementos, fórmulas e principais conceitos relacionados aos circuitos elétricos Fórmulas da energia mecânicaA fórmula da energia cinética, que relaciona a massa (m) e a velocidade (v) do corpo, é esta, confira: EC – energia cinética m – massa v – velocidade p – quantidade de movimento A energia potencial, por sua vez, existe em diferentes formas. As mais comuns, entretanto, são as energias potencial gravitacional e elástica, cujas fórmulas são mostradas a seguir: k – constante elástica (N/m) x – deformação Enquanto a energia potencial gravitacional, como o próprio nome sugere, relaciona-se com a gravidade local e a altura em que um corpo encontra-se em relação ao solo, a energia potencial elástica surge quando algum corpo elástico é deformado, como quando esticamos uma tira de borracha. Nesse exemplo, toda a energia potencial é “estocada” no elástico, podendo ser acessada posteriormente. Para tanto, basta soltarmos a tira para que toda a energia potencial elástica transforme-se em energia cinética. A soma dessas duas formas de energia — cinética e potencial — é chamada de energia mecânica: EM – energia mecânica EC – energia cinética EP – energia potencial Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) Conservação da energia mecânicaA conservação da energia é um dos princípios da física. De acordo com ele, a quantidade de energia total de um sistema deve conservar-se. Em outras palavras, a energia nunca é perdida ou criada, mas sim convertida em diferentes formas. Logicamente, o princípio da conservação da energia mecânica deriva do princípio de conservação da energia. Dizemos que a energia mecânica conserva-se quando não há quaisquer forças dissipativas, tais como o atrito ou o arraste do ar, capazes de transformá-la em outras formas de energia, como a térmica. Confira exemplos: Quando uma caixa pesada desliza sobre uma rampa com atrito, parte da energia cinética da caixa é dissipada, e, então, a interface entre a caixa e a rampa sofre um pequeno aumento de temperatura: é como se a energia cinética da caixa estivesse sendo transferida para os átomos da interface, fazendo-os oscilarem mais e mais. O mesmo acontece quando pisamos no freio de um carro: o disco do freio fica cada vez mais quente, até que o carro pare completamente. Veja também: O que é força de atrito? Confira nosso mapa mental Em uma situação ideal, em que o movimento ocorre sem a ação de quaisquer forças dissipativas, a energia mecânica será conservada. Imagine uma situação em que um corpo oscila livremente, sem qualquer atrito com o ar. Nessa situação, dois pontos A e B, relativos à posição do pêndulo, seguem esta relação: EMA – Energia mecânica no ponto A EMB – Energia mecânica no ponto B ECA – Energia cinética no ponto A ECB – Energia cinética no ponto B EPA – Energia potencial no ponto A EPB – Energia potencial no ponto B Dadas duas posições de um sistema físico ideal, sem atrito, a energia mecânica no ponto A e a energia mecânica no ponto B serão iguais em módulo. Entretanto, é possível que, em diferentes partes desse sistema, as energias cinética e potencial mudem de medida, de modo que a soma delas permaneça a mesma. Veja também: 1ª, 2ª e 3ª leis de Newton – introdução, mapa mental e exercícios Exercícios sobre energia mecânicaQuestão 1) Um caminhão de 1500 kg desloca-se, a 10 m/s, sobre um viaduto de 10 m, construído acima de uma avenida movimentada. Determine o módulo da energia mecânica do caminhão em relação à avenida. Dados: g = 10 m/s² a) 1,25.104 J b) 7,25.105 J c) 1,5105 J d) 2,25.105 J e) 9,3.103 J Gabarito: Letra d Resolução: Para calcularmos a energia mecânica do caminhão, somaremos a energia cinética com a energia potencial gravitacional, observe: Com base no cálculo anterior, descobrimos que a energia mecânica desse caminhão em relação ao chão da avenida é igual a 2,25.105 J, portanto, a resposta correta é a letra d. Questão 2) Uma caixa d'água cúbica, de 10.000 l, está preenchida até a metade de seu volume total e posicionada a 15 m de altura em relação ao solo. Determine a energia mecânica dessa caixa d'água. a) 7,5.105 J b) 1,5.105 J c) 1,5.106 J d) 7,5.103 J e) 5,0.102 J Gabarito: Letra a Resolução: Uma vez que a caixa d'água está preenchida até a metade de seu volume e sabendo que 1 l de água corresponde à massa de 1 kg, faremos o cálculo da energia mecânica da caixa d'água. Dessa forma, é importante perceber que, quando em repouso, a energia cinética do corpo é igual a 0, e, por isso, sua energia mecânica será igual à sua energia potencial. De acordo com o resultado obtido, a alternativa correta é a letra a. Questão 3) A respeito da energia mecânica de um sistema conservativo, livre de forças dissipativas, assinale a alternativa correta: a) Na presença de atrito, ou de outras forças dissipativas, a energia mecânica de um corpo em movimento aumenta. b) A energia mecânica de um corpo que se move livre da ação de quaisquer forças dissipativas mantém-se constante. c) Para que a energia mecânica de um corpo permaneça constante, é necessário que, quando houver aumento de energia cinética, também haja aumento de energia potencial. d) A energia potencial é a parte da energia mecânica relacionada à velocidade com o que o corpo desloca-se. e) A energia cinética de um corpo que se move livre da ação de quaisquer forças dissipativas mantém-se constante. Gabarito: Letra b Resolução: Vamos analisar as alternativas: a) FALSO – na presença de forças dissipativas, a energia mecânica diminui. b) VERDADEIRO c) FALSO – caso ocorra aumento da energia cinética, a energia potencial deverá diminuir, para que a energia mecânica permaneça constante. d) FALSO – a energia cinética é a parte da energia mecânica relacionada ao movimento. e) FALSO – nesse caso, a energia cinética sofrerá decréscimos por conta das forças dissipativas. Por Rafael Helerbrock Qual é o tipo de energia da montanha russa?A energia cinética está relacionada ao movimento. A partir da primeira queda, a energia potencial é convertida em energia cinética. Nas descidas, os carrinhos ficam mais velozes, o que facilita concluir o ciclo da montanha-russa.
Como é utilizada a energia em uma montanha russa?Conforme o carrinho vai subindo, acumula uma energia chamada de potencial (quanto mais alto ele estiver, mais energia potencial existirá). Enquanto ele percorre o trajeto da montanha-russa, a energia potencial é transformada em cinética, ligada ao movimento.
Como a física está presente na montanha russa?Neste tipo de brinquedo, temos a energia potencial gravitacional aumentando, à medida que o carrinho sobe e, como conseqüência, a velocidade diminuindo. Quando o carrinho desce ocorre o contrário, ou seja, a energia potencial diminui, transformando-se em energia cinética e, com isto, aumentando a velocidade.
Qual é o tipo de energia mecânica?Como já falamos, existem três tipos de energia mecânica: a energia cinética, a energia potencial gravitacional e a energia potencial elástica. A primeira delas, a energia cinética, é o resultado da transferência de energia de um sistema que é capaz de movimentar um corpo.
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