Definir energia é muito difícil, costumamos, em física, defini-la como a capacidade de realizar um trabalho.
A energia se manifesta de diversas formas, como por exemplo a energia elétrica, energia nuclear, energia solar e outras formas. A partir de agora iremos discutir este tema de suma importância para a compreensão melhor de nosso dia-a-dia.
Passaremos a estudar e classificar a energia em três tipos: cinética, potencial e mecânica.
1 - Energia Cinética
O conceito de energia cinética está ligado com o movimento de um ou mais corpos.
Portanto só temos energia cinética se existir velocidade. Se um corpo estiver em repouso sua energia cinética será nula.
Matematicamente:
Unidade no SI:
EC ® Energia Cinética => joule (J)
m ® Massa => quilograma (kg)
v ® Velocidade => metro por segundo (m/s)
Teorema da Energia Cinética
A idéia física do Teorema da Energia Cinética é extremamente importante para a compreensão do conceito de Trabalho em física.
Supondo uma força F constante, aplicada sobre um corpo de massa m com velocidade vA, no início do deslocamento d e velocidade vB no final desse mesmo deslocamento.
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TEOREMA DA ENERGIA CINÉTICA
O Trabalho realizado pela força resultante que atua sobre o corpo é igual a variação da energia cinética sofrida por este corpo.
2 - Energia Potencial
Existe uma forma de energia que está associada a posição, ou melhor, uma energia que fica armazenada, pronta para se manifestar quando exigida, esta forma de energia recebe o nome de Potencial.
Quando discutimos o conceito de trabalho, falamos sobre dois casos especiais: o trabalho do peso e da força elástica. Esses trabalhos independem da trajetória e conduzem ao conceito de uma nova forma de energia – Energia Potencial.
Energia Potencial Gravitacional (Epg)
Devido ao campo gravitacional um corpo nas proximidades da superfície terrestre tende a cair em direção ao centro da Terra, este movimento é possível devido a energia guardada que ele possuía. Esta energia é chamada Potencial Gravitacional.
Como calcular ?
Unidade no SI:
EPG ® Energia Potencial Gravitacional => Joule (J)
m ® massa => quilograma (kg)
g ® aceleração da gravidade local => metro por segundo ao quadrado (m/s2)
h ® altura => metro (m)
Energia Potencial Elástica (Epe)
Ao esticarmos ou comprimirmos uma mola ou um elástico, sabemos que quando soltarmos esta mola ela tenderá a retornar a sua posição natural (original). Essa tendência de retornar a posição natural é devido a algo que fica armazenado na mola a medida que ela é esticada ou comprimida. Este algo é a energia potencial elástica.
Como calcular ?
Unidade no SI:
EPel ® Energia Potencial Elástica => Joule (J)
k ® constante elástica => Newton por metro (N/m)
x ® deformação da mola => metro (m)
Princípio de Conservação da Energia Mecânica
Existem determinadas situações em que podemos perceber a energia potencial sendo transformada em energia cinética e vice-versa.
Vejamos por exemplo a movimentação de um pêndulo simples:
O pêndulo é colocado a oscilar a partir do ponto A, ou seja no ponto A ele está em repouso. Desprezando qualquer forma de atrito, o pêndulo passa pelo ponto B e atinge o ponto C que está na mesma altura do ponto A.
Como a velocidade no ponto A é zero, podemos afirmar que sua energia cinética também é igual a zero. Já sua altura (no movimento considerado) é máxima, portanto sua energia potencial é máxima.
A partir do momento que ele passa a se movimentar sua energia cinética começa a aumentar e sua energia potencial começa a diminuir (altura diminui).
Quando o corpo atinge o ponto B sua altura é praticamente nula, portanto sua energia potencial é nula, por um outro ao atingir o ponto B o pêndulo possui velocidade máxima (já que terminou a descida), logo a sua energia cinética é máxima.
O Ponto C possui características iguais ao ponto A. O importante aqui é ressaltar que em todo o movimento do pêndulo houve variações nos dois tipos de energia, mas a medida que uma aumentava a outra diminuía na mesma proporção, de tal forma que a soma da energia cinética com a energia potencial em todo o percurso é constante.
A soma da energia cinética com a energia potencial é chamada de Energia Mecânica.
PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA
Num sistema conservativo (sistemas em que não existam forças dissipativas, como atrito, resistência do ar, etc.) a energia mecânica será sempre a mesma em qualquer instante.
Matematicamente:
EM (A) = EM (B) = EM (C)
Simulação no Phet:
Aula sobre Energia
Programa: Caminhos da Energia
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