Energia Mecânica - Questões principais

Ola Galera

 Energia é tema certo do Enem. E tem muita coisa para falar. Vamos lá

 As grandezas Trabalho e Energia são grandezas de mesma dimensão. Realizar trabalho é fazer uma transferência de energia entre os corpos. Mas o que é energia? Definir energia é muito difícil, mas podemos tentar entender como “algo” que pode ser guardado ou usado e em diferentes formas. Essas formas estão presentes no dia a dia: energia térmica, mecânica, elétrica, eólica, nuclear, química, etc. Energia é uma palavra para designar uma quantidade que pode ser expressa matematicamente e que não se altera após mudanças possíveis que ocorram na natureza.

Aqui vamos nos ater a energia mecânica que é a soma da energia potencial com a cinética. A energia potencial é o “joule guardado”, isto é, a energia que está disponível para ser usada, aguardando para ser usada. A energia cinética é a energia do movimento, é o “joule usado”, é o trabalho sendo realizado.

A unidade de energia é o joule (J) no Sistema Internacional. A energia possui ainda outras unidades usuais (caloria [cal], quilowatt-hora [kWh] , eletron-volt [eV] entre outras) que dependem mais do hábito cotidiano do que da ciência. Você já imaginou perguntar quantos kWh tem um iogurte?

  

Energia e Trabalho são grandezas de mesma dimensão. Estão associados às forças que de alguma forma proporcionam ou podem proporcionar movimento.

 Faremos aqui a análise da Energia Mecânica

 A energia mecânica é a soma das energias potencial e cinética. A energia potencial pode ser do tipo gravitacional (associada à força peso) ou elástica (associada à força elástica).

 EMECANICA = EPOTENCIAL + ECINÉTICA

 

Potencial Gravitacional

(é necessário um desnível em relação a um referencial)

energia potencial gravitacional

Potencial Elástica

(é necessária a deformação no meio elástico)

energia potencial elastica

Cinética

(é necessário que o móvel esteja em movimento)

energia cinética

 

Obs.: Para a solução de exercícios de energia é preciso pensar da seguinte forma: Qual tipo de energia mecânica o corpo possui? Se tiver velocidade – tem energia cinética; se tiver altura em relação a um referencial – tem energia potencial gravitacional; se tiver mola ou meio elástico deformado – tem energia potencial elástica.

 

 Teorema da Energia Cinética.  (Ja visto na aula Trabalho: O que é afinal?)

 Considere uma força constante F que atua sobre um corpo de massa m, na direção e no sentido do movimento e sendo F a sua força resultante.

teorema de energia cinética

 O trabalho da força peso possui a mesma fórmula da energia potencial gravitacional. O trabalho da força elástica possui a mesma fórmula da energia potencial elástica. A energia que se acumula devido a uma força é transformada pelo trabalho daquela força. Assim a força resultante é a força que provoca a variação da energia cinética.

  

Conservação de Energia

 O Princípio da Conservação da Energia diz que quando um número é calculado no início de um processo (o valor da energia), ele será o mesmo no fim do processo. A energia poderá sofrer mudanças na sua classificação, mas continuará sendo expressa pelo mesmo número. Assim, ao ligarmos uma torradeira na tomada, estamos transformando a energia elétrica em energia térmica. Um liquidificador transforma energia elétrica em energia cinética e energia térmica. Uma usina nuclear transforma energia nuclear em calor que será transformado em energia cinética que será transformada em energia elétrica.

 

Quando aplicamos o Princípio da Conservação de Energia em sistemas mecânicos estamos dizendo que a energia mecânica será mecânica até o fim do processo, isto é, não será transformada em outra forma de energia.

 EMEC INICIAL = EMEC FINAL

 

 Quando a energia mecânica se torna outra forma de energia (usualmente calor) o sistema é chamado de não conservativo (aparecem forças dissipativas), mas observe que mesmo um sistema chamado de não conservativo é na verdade um sistema conservativo quando tratamos da totalidade das energias envolvidas.

 EMEC INICIAL = EMEC FINAL + CALOR

 

Exercício resolvido 1

 Um corpo desce por uma rampa sem atrito a partir do repouso de um ponto A. A velocidade do corpo ao final da rampa ao passar pelo ponto B é:energia

a)       5 m/s

b)       10m/s

c)       15 m/s

d)       20 m/s

 Solução:

 O sistema é conservativo, pois não há força dissipativa (atrito), logo a energia é mecânica durante todo o processo.

 EMEC INICIAL = EMEC FINAL

  Usando o plano inferior como plano horizontal de referência (PHR) podemos observar que no início (ponto A) o corpo só possui altura (não possui velocidade, nem há nada elástico no processo).

No ponto B o corpo só terá velocidade. Assim em A existe energia potencial gravitacional e em B existe apenas energia cinética.

energia

 Letra B

 

 Exercício resolvido 2

 Um corpo de 2,0 kg desce por uma rampa com atrito a partir do repouso de um ponto A. A velocidade do corpo ao final da rampa ao passar pelo ponto B é 8 m/s. A energia transformada em calor na descida é:

a)       16 J

b)       36 J

c)       64 J

d)       100 J

 O sistema é classificado como não conservativo, pois parte da energia mecânica deixa de ser mecânica e passa a ser calor.

 Vamos calcular a energia mecânica inicial

 EMEC INICIAL = mgh = 2 . 10. 5 = 100 J

 Vamos calcular a energia mecânica final

energia

Então a energia transformada em calor é

 EMEC INICIAL - EMEC FINAL = 100 – 64 = 36 J

  

Ou a variação de energia mecânica é:

 EMEC FINAL - EMEC INICIAL  = 64 – 100 = - 36 J

 

Aqui o sinal negativo indica uma "perda" de energia.

 

Observe que usando o Princípio da Conservação de Energia é preciso escrever que ao final do processo houve o surgimento da energia térmica (calor).

 Assim:

 EMEC INICIAL = EMEC FINAL + CALOR

 100 = 64 + CALOR

 CALOR = 36 J

 Letra B

 Veja o vídeo ilsutrando como analisar as energias em uma situação.

Faça o download dos exercícios exercícios abaixo (se precisar olhe a aula sobre Trabalho)

E mande suas dúvidas, faça sugestões e estude bastante

 

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