Energia mecânica – O que é? Tipos, Exemplos e Exercícios Resolvidos

Para erguer um corpo, elevar a água até um reservatório, acelerar um carro ou para moer grãos, precisamos da atuação de uma força. Essa força deve atuar em determinado deslocamento.

Dessa observação, nasce o conceito de energia, talvez o conceito mais central de toda a ciência. A energia, por outro lado, é abstrata. Não podemos ver, provar ou sentir a maior parte das formas de energia.

Para uma definição alternativa, considere que a energia é algo que pode ser transformado em calor. Assim, qualquer tarefa envolverá a realização de trabalho e, portanto, de uma certa quantidade de energia.

Em outras palavras, diz-se que um corpo tem energia, quando ele pode realizar trabalho. As unidades de energia e trabalho são as mesmas. No SI, a unidade é o joule (J).

Existem muitas formas de energia, dentre elas: elétrica, química, atômica, mecânica e térmica. Além disso, sabemos que, na natureza, a energia não se perde nem se cria. Ela se transforma.

Neste texto, você encontrará informações a respeito da energia mecânica, que pode ser apresentada de duas formas: potencial e cinética.

Energia mecânica

Energia Potencial

A energia potencial é aquela que um corpo possui em razão de sua posição relativa a um referencial. Por exemplo, uma mola esticada ou comprimida tem o potencial de realizar trabalho.

Quando um arco é vergado, energia é armazenada nele. Esse, então, pode realizar trabalho sobre uma flecha. Consideremos dois casos: a energia potencial elástica e a energia potencial gravitacional.

Energia potencial elástica

Se uma mola é comprimida ou distendida, há uma tendência a retornar à posição inicial de equilíbrio. A força elástica de restituição de uma mola é dada por: F = kx.

Considere k a constante de elasticidade da mola (N/m), x a distância em relação ao ponto de equilíbrio (em m).

Quando seguramos um corpo fora dessa posição de equilíbrio, uma energia fica armazenada na mola. Essa energia é chamada energia potencial elástica e é calculada pela fórmula:

Energia mecânica

Energia potencial gravitacional

Se uma pedra de peso P está situada a uma altura h em relação a um referencial, a energia potencial gravitacional é medida pelo produto do módulo do peso (P) da pedra pela altura h que ela está em relação à origem do referencial. Sendo P = mg, temos, então: Epg = mgh.

Exemplo

Um corpo de massa 120kg está localizado a uma altura de 200m em relação ao solo. Qual a energia potencial gravitacional?

Solução

Consideremos g = 10 m/s2.

Energia mecânica

Nesse caso, consideramos que k = 1000.

Energia Cinética

Se empurrarmos um objeto, poderemos colocá-lo em movimento. Se ele estiver em movimento, então, o objeto será capaz de realizar trabalho. Isso porque possui energia de movimento.

Por exemplo, um projétil em movimento tem grande velocidade, assim como um caminhão descendo desgovernado uma ladeira. Dizemos, então, que esses objetos possuem energia cinética (Ec), ou seja, a energia que os corpos têm devido à velocidade.

A energia cinética de um objeto depende de sua massa e da rapidez com que se move.

Energia mecânica

Em outros termos, a energia cinética é metade do produto da massa pelo quadrado da velocidade.

Exemplo:

Um automóvel de 1200kg parte do repouso, numa trajetória retilínea, e adquire velocidade de 72km/h em 5s. Qual a energia cinética adquirida nesse tempo?

Energia mecânica

 

Podemos agora apresentar um teorema envolvendo a energia cinética e a energia potencial.

Teorema da Energia Mecânica

Sempre que a energia é convertida ou transferida, não ocorre ganho ou perda de energia. Assim, num sistema mecanicamente isolado, a energia mecânica total é constante.

Energia mecânica

Isso vale em qualquer instante e em qualquer ponto da trajetória.

Exemplo.

Seja um corpo de massa m = 4Kg com velocidade de 10 m/s no ponto A, a 20m do solo. Qual é o valor de Vc? Considere g = 10 m/s2.

Energia mecânica
No ponto A, o corpo tem energia cinética e energia potencial, portanto a energia mecânica dada por:

Energia mecânica

Como a energia é constate (energia mecânica em A é igual a energia mecânica em C), então, no ponto C, temos que:

Energia mecânica

 

Substituindo as grandezas, temos que:

Energia mecânica

Agora, basta isolar Vc na equação, ou seja,

Energia mecânica

Pablo Diniz Batista

Graduado em Física e Filosofia, cursou mestrado e doutorado em Física Médica Aplicada à Medicina e Biologia pela Universidade de São Paulo. Atualmente, é professor do Ensino Básico, Técnico e Tecnológico no Instituto Federal de Brasília, Campus Ceilândia, na área de Física.

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