Energia mecânica

A energia mecânica pode ser considerada como a soma de todas as outras energias em uma determinada situação.

Um sistema pode conter energia cinética, energia potencial e outras energias ao mesmo tempo, a soma de todas essas energias é chamada de energia mecânica.

Dessa forma, iremos estudar essa energia como um todo, a energia cinética e as potenciais, além de analisarmos suas fórmulas e o conceito de conservação da energia mecânica.

Tipos de energia mecânica e exemplos

Na natureza existem muitos tipos de energia mecânica. Vamos então entender alguns desses exemplos.

Energia cinética

Todo objeto que possui velocidade tem condições de realizar força, logo pode realizar trabalho. Assim, todo corpo em movimento possui energia, chamada de energia cinética.

Carro em movimento: independente se a velocidade do carro será constante ou não, o veículo em movimento manterá uma certa energia cinética, pois possuirá velocidade durante seu trajeto.

Energia potencial

Ao colocarmos um corpo qualquer, como uma pedra, em um certo ponto acima do chão, ela adquire uma certa energia. Essa energia é chamada de energia potencial gravitacional. Por outro lado, existe energia potencial em uma mola também, quando ela é comprimida. Essa energia é chamada energia potencial elástica.

Assim, a energia potencial pode ser definida como sendo uma energia que pode ser transformada em energia cinética. Em outras palavras, quando um corpo perde energia potencial ele ganha energia cinética.

Uma pedra rolando de uma montanha: no alto da montanha, enquanto está parada, a pedra possui energia potencial máxima. Quando começa a descer, ela vai perdendo energia potencial e ganhando velocidade (energia cinética) até chegar ao solo onde toda energia potencial se transforma em energia cinética.

Energia mecânica

Um sistema que possui ambas as energias (cinética e potencial) possui uma energia mecânica. Existem vários exemplos práticos de sua aplicação, como usinas hidrelétricas e montanhas-russas, entre outros.

Usina hidrelétrica: nesse caso, a água é represada a uma certa diferença de altura em relação a um rotor que gera energia elétrica. Essa diferença de altura (energia gravitacional) faz com que a água caia e se transforme em energia cinética, gerando no rotor uma velocidade para gerar energia elétrica.

Fórmula da Energia Mecânica

As fórmulas são importantes para o entendimento físico das situações. Dessa forma, estudaremos aqui as fórmulas da energia mecânica e das energias que a constituem.

Em que:

  • Em: energia mecânica (Joule);
  • Ec: energia cinética (Joule);
  • Ep: energia potencial (Joule).

A energia potencial pode ser de qualquer natureza, dependendo apenas do sistema. Essa energia pode ser potencial gravitacional e elástica, apenas gravitacional ou apenas elástica, entre vários outros tipos. Vamos então estudar cada fórmula dessas energias.

Energia cinética

Em que:

  • Ec: energia cinética (Joule);
  • m: massa do corpo em movimento (quilograma);
  • v: velocidade do corpo (m/s).

Energia potencial elástica

  • Epe: energia potencial elástica (Joule);
  • k: constante elástica da mola (N/m)
  • x: deformação o corpo faz na mola (metro).
  • Energia potencial gravitacional

    Sendo:

    • Epg: energia potencial gravitacional (Joule);
    • m: massa do corpo que é elevado a uma certa altura (quilograma);
    • g: aceleração da gravidade (m/s²).

    São essas energias “parciais” que formam a energia mecânica. Logo, é importante entender quais são as situações onde podemos encaixar cada uma dessas energias.

    Conservação da Energia Mecânica

    A conservação da energia mecânica ocorre, exclusivamente, quando existe a transformação de energia cinética em energia potencial, e vice-versa. Em outras palavras, podemos dizer que a energia não pode ser criada e nem destruída, mas sim transformada em outro tipo.

    Videoaulas sobre Energia Mecânica

    Conservação da energia cinética

    Primeiramente, o vídeo aborda sobre a conservação da energia mecânica, em seguida fala sobre sua fórmula e por último apresenta alguns exemplos.

    Energias cinética e potencial

    Aqui podemos ter um pouco mais de conhecimento sobre as energias cinética e a potencial.

    Energia mecânica e sua aplicação em exercícios

    Neste último vídeo, é abordado o conceito primordial da energia mecânica e sua aplicação em exercícios de vestibular.

    Essa energia pode ser utilizada em muitas situações, como já foi visto. Por exemplo, sem a ela seria impossível obter energia elétrica a partir de uma hidrelétrica. Portanto, o entendimento desse conteúdo é importante.

    Referências

    Física para o ensino médio, vol. 1: mecânica – Kazuhito Yamamoto;

    As faces da física – Wilson Carron.

    Guilherme Santana da Silva
    Por Guilherme Santana da Silva

    Graduando no curso de Física pela Universidade Estadual de Maringá. Professor assistente em um colégio de ensino médio e preparatório para os vestibulares. Nas horas vagas se dedica a vida religiosa, a pratica do mountain bike, a tocar bateria, dar atenção a família e a cuidar de suas duas gatinhas Penélope e Mel.

    Exercícios resolvidos

    1.

    O conceito de energia foi de suma importância para o desenvolvimento da ciência, em particular da física. Sendo assim, podemos dizer que o princípio da conservação da energia mecânica diz que:

    a) nada se perde, nada se cria, tudo se transforma
    b) que a energia pode ser gastada e perdida
    c) a energia total de um sistema isolado é constante
    d) que a energia jamais pode ser transferida de um corpo a outro
    e) a energia cinética de um corpo está relacionada com a força da gravidade

    De acordo com o princípio da conservação da energia mecânica, a energia total de um sistema isolado é sempre constante.

    RESPOSTA: c)

    2. [UNESP]

    A figura ilustra um brinquedo oferecido por alguns parques, conhecido por tirolesa, no qual uma pessoa desce de determinada altura segurando-se em uma roldana apoiada numa corda tensionada. Em determinado ponto do percurso, a pessoa se solta e cai na água de um lago.

    Considere que uma pessoa de 50 kg parta do repouso no ponto A e desça até o ponto B segurando-se na roldana, e que nesse trajeto tenha havido perda de 36% da energia mecânica do sistema, devido ao atrito entre a roldana e a corda. No ponto B ela se solta, atingindo o ponto C na superfície da água. Em seu movimento, o centro de massa da pessoa sofre o desnível vertical de 5 m mostrado na figura. Desprezando a resistência do ar e a massa da roldana, e adotando g = 10 m/s2 , pode-se afirmar que a pessoa atinge o ponto C com uma velocidade, em m/s, de módulo igual a:

    a) 8

    b) 10

    c) 6

    d) 12

    e) 4

    Se houve dissipação de 36% da energia mecânica do sistema, então a energia mecânica final (cinética) é igual a 64% da energia mecânica inicial (potencial gravitacional).

    EMECÂNICA FINAL = (0,64)EMECÂNICA INICIAL

    (m.V²)/2 = (0,64)m.g.h

    v² = (2.0,64.10.5)½

    v = (64)½

    v = 8 m/s

    RESPOSTA: a)

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