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Energia mecânica: Potencial e Cinética

Energia mecânica é a forma de energia associada ao movimento dos corpos. Ela pode ser Potencial ou Cinética, de acordo com o movimento dos corpos.

energia mecânica de atleta correndo

É certo que a energia faz parte da vida de todos nós e está envolvida em todos os processos do nosso dia a dia, no entanto, quando solicitamos para alguém explicá-la, as coisas podem ficar difíceis, uma vez que quando se trata de energia não podemos pegá-la ou vê-la.

Por isso, na Física o estudo da energia é tão importante, sendo que, de forma simples, podemos conceituá-la como a capacidade de realizar algum trabalho. Outra questão relevante é que a energia pode ter vários tipos, como é o caso da energia mecânica que vamos estudar neste artigo.

O que é a energia mecânica?

Em suma, energia mecânica é a forma de energia associada ao movimento dos corpos. Sendo assim, tudo o que é necessário para movimentar ou manter os corpos em movimento está associado à energia mecânica. Importante ressaltar que ela tanto causa o movimento dos corpos, como os mantém em movimento.

A energia mecânica que causa os movimentos é a energia Potencial. Dizemos que é uma energia acumulada que possibilita um corpo entrar em movimento. Já a energia mecânica que mantém os corpos em movimento é a energia Cinética.

Conceito de energia cinética

A energia Cinética é a energia associada ao movimento. Sendo assim, sempre que um corpo está em movimento e, assim, em velocidade, possui energia cinética. Desta forma, enquanto a energia Potencial oferece capacidade ao corpo de entrar em movimento, a energia Cinética já é a energia do corpo quando ele adquire velocidade, ou seja, já em movimento.

Assim, a energia Cinética depende de dois fatores: da massa e da velocidade do corpo em movimento. 

A energia Cinética é representada pela seguinte equação matemática:

Onde:

  • Ec = energia cinética
  • m = massa em kg

Teorema trabalho – energia Cinética

Agora que você já compreendeu o que é energia Cinética, vamos conhecer o teorema trabalho – energia cinética, que pode ser definido como: a variação da energia Cinética de um corpo equivale ao trabalho total realizado sobre ele.

Assim, na matemática podemos resumir esse teorema da seguinte forma:

Fórmula geral do teorema trabalho - energia cinética.

Em que ΔEC é encontrada subtraindo a energia Cinética inicial do corpo da final.

Desta forma, caso a massa do corpo se mantenha constante entre os momentos inicial e final, como acontece na grande maioria dos exercícios, podemos reescrever essa fórmula da seguinte maneira:

Fórmula do teorema trabalho - energia cinética para quando a massa se mantém constante.

Onde:

  • m – massa do corpo em estudo;
  • vf a sua velocidade final;
  • vi a sua velocidade inicial.

Desta forma, como já falamos a energia cinética é aquela em que os corpos estão em movimento e adquirem velocidade, assim, é muito comum encontrarmos exemplos desta energia em nosso dia a dia, como por exemplo:

  • pessoas correndo;
  • carros em movimento;
  • o ponteiro do relógio que gira;
  • aviões voando e navios em movimento;

Exercícios de energia Cinética

skatista usando energia mecânica

Veja o exemplo: um skatista desce uma rampa, então, supondo que ele adquira uma velocidade de 5m/s durante sua descida, qual a energia Cinética dele naquele momento? Sendo que a massa dele é 93 kg.

Solução:

Fórmula:  Ec = m.v²/2

m = 93kg ;      

v= 5m/s

Cálculo:

Ec = m.v²/2 = 93.5²/2 = 1162,5J

Perceba que se sua velocidade aumentar, sua energia Cinética aumenta ao quadrado.

Conceito de energia Potencial

Energia Potencial é a energia que pode ser armazenada em um sistema físico e tem a capacidade de ser transformada em energia cinética. Onde, conforme o corpo perde energia Potencial, ganha energia Cinética ou ao inverso.

Energia Potencial Gravitacional

É a energia que corresponde ao trabalho que a força-peso realiza. Sendo assim é obtido quando consideramos o deslocamento de um corpo na vertical, tendo como origem o nível de referência, como por exemplo: chão, solo etc.

Contudo, enquanto o corpo cai, ele vai ficando mais rápido, ou seja, ganha energia Cinética. E, como a altura diminui, perde Energia Potencial Gravitacional.

Energia Potencial Elástica

Corresponde ao trabalho que a força elástica realiza. Sendo a força elástica uma força variável, seu trabalho é calculado através do cálculo da área do seu gráfico, cuja Lei de Hooke diz ser:

Como a área de um triângulo é dada por:

Então:

O que é energia Potencial Elétrica?

Energia Potencial Elétrica é uma medida da quantidade de energia elétrica armazenada em um determinado local ou dispositivo, como uma bateria. A medida mais comum de energia potencial elétrica é volts. É a quantidade de trabalho que pode ser realizada como resultado da posição ou configuração específica das cargas elétricas.

Exemplos de energia Potencial

Siga o exemplo: calcule o módulo da energia potencial gravitacional de um corpo de massa igual a 4,0 kg que se encontra em uma altura de 50,0 cm em relação ao solo. Adote g = 10 m/s².

Solução: Para calcularmos o módulo da energia potencial gravitacional desse corpo, fazemos o seguinte cálculo:

Dicas sobre energia para o Enem

Um dos temas mais importantes da prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, da prova de física do Enem, se refere à energia mecânica. Sendo que a prova pode abordar temas bem distintos, como por exemplo: relação entre trabalho e energia, conceitos de energia Cinética, energia Potencial, conservação de energia mecânica, entre outros. Para lhe ajudar a estudar, confira as questões que já caíram na prova.

Veja o que já caiu na prova:

Questão 1

ENEM 2011 (QUESTÃO 86) Uma das modalidades presentes nas Olimpíadas é o Salto com Vara. As etapas de um dos saltos de um atleta estão representadas na figura: 

Questão 86 do enem de 2011 (Foto: Reprodução/Enem)

Desprezando-se as forças dissipativas (resistência do ar e atrito), para que o salto atinja a maior altura possível, ou seja, o máximo de energia seja conservada, é necessário que:

A – a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica representada na etapa IV.

B –  energia cinética, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV.

C – a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III.

D – a energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV.

E  – a energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III.

Resolução: Para que se atinja a altura máxima é necessário que a energia mecânica, no primeiro momento, energia cinética, seja a maior possível (ou máxima). Pelo princípio da conservação de energia, ou seja, quanto maior a velocidade, maior será a altura, pois a altura cresce com a velocidade ao quadrado.

questão 86 do enem 2011 (Foto: colegio Qi)

Resposta Correta:  “C” – a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III.

Fonte: Educação Globo.

Questão 2

(ENEM – 2017) O brinquedo pula – pula (cama elástica) é composto por uma lona circular flexível horizontal presa por molas à sua borda. As crianças brincam pulando sobre ela, alterando suas formas de energia. Ao pular verticalmente, desprezando o atrito com o ar e os movimentos de rotação do corpo enquanto salta, uma criança realiza um movimento periódico vertical em torno da posição de equilíbrio da lona , passando pelos pontos de máxima e de mínima alturas e respectivamente. Esquematicamente, o esboço do gráfico da energia cinética da criança em função de sua posição vertical na situação descrita é:

Resposta Correta: “C”

Na brincadeira com o pula – pula ocorrem três transformações de energia: energia potencial elástica em energia cinética e energia cinética em energia potencial gravitacional. Quando a criança sobe na cama elástica, temos energia potencial elástica armazenada e a altura mínima h<0, temos a energia potencial elástica máxima, devido à maior deformação do elástico na cama. Essa energia potencial elástica é transformada totalmente em energia cinética quando o sistema atinge h=0, isto é, posição de equilíbrio em que teremos a energia cinética máxima.

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Escrito por Redator Especialista em Física

Redator especialista em Física no Guia do Ensino.

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