Energia Mecânica
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A energia potencial gravitacional, a energia potencial elástica e a energia cinética são formas de energia mecânica.
Ep.grav. = ± mgh
Energia Potencial Gravitacional
Na Fig. 1 representamos uma partícula de massa m a uma altura h acima do solo. Se a partícula tem nesse ponto velocidade vo = 0, não possui energia cinética. No entanto, se abandonarmos a partícula nessa posição, ela descerá, sob a ação do peso, ganhando energia cinética. Dizemos então que a uma altura h, a partícula possui uma energia potencial (Ep) que é igual ao trabalho realizado pela força peso durante a descida:
Ep = mgh |
Essa energia potencial é chamada energia potencial gravitacional.
Energia Potencial Elástica
Na Fig. a representamos uma mola ideal de comprimento natural Lo presa a um corpo C ; nessa situação o sistema está em equilíbrio.
Se esticarmos a mola (Fig.b) ou se a comprimirmos (Fig. c), provocando uma deformação x, podemos dizer que a mola adquire uma energia potencial.
A energia potencial armazenada é:
K = constante elástica da mola (N/m ou N/cm)
x = deformação (m ou cm)
Essa energia é chamada de energia potencial elástica.
Exemplo
Uma mola de comprimento natural Lo = 1,5m e constante elástica k = 200 N/m foi esticada até que seu comprimento passasse a L = 1,7 m. Calcule a energia potencial armazenada na mola.
Resolução
A deformação da mola é a diferença entre seu comprimento final e o comprimento natural:
x = L - Lo = 1,7 m - 1,5 m = 0,2 m
Assim, a energia potencial da mola é:
Ep = 4 joules = 4 J
ENERGIA MECÂNICA
Quando um corpo está em movimento, a soma da energia cinética (Ec) com a energia potencial (Ep) é chamada de energia mecânica (Em):
Em = Ec + Ep |
Exemplo 1
Em uma região em que g = 10 m/s2, um corpo de massa m = 4,0 kg cai em queda livre, de modo que quando sua altura em relação ao solo é h = 3,0 m, sua velocidade é 5,0 m/s.
Calcule a energia mecânica desse corpo (em relação ao solo), nesse momento.
Resolução
A energia cinética (Ec) é dada por:
A energia potencial gravitacional em relação ao solo é:
Ep = mgh = (4,0 kg) (10 m/s2) (3,0 m) = 120 joules = 120 J
A energia mecânica (Em) é a soma da energia cinética com a energia potencial:
Em = Ec + Ep = 50 J + 120 J = 170 J
Em = 170 J |
Conservação da energia mecânica
Suponhamos que um corpo esteja em movimento de modo que, entre as forças que atuam sobre ele, a única que realiza trabalho seja o peso. Nesse caso pode-se demonstrar que, durante o movimento, a energia mecânica é constante; se uma das energias aumenta, a outra diminui, de modo que a soma se mantém constante. Diz-se também que, nesse caso, a energia mecânica é conservada e, por esse motivo, o peso é chamado de força conservativa. Outros exemplos de forças conservativas são força da gravidade, força elástica, etc.
Nos sistemas conservativos tem-se:
Ec + Ep = Emec. total = constante
Para cada força conservativa, existe em correspondência uma energia potencial. Se as únicas forças que realizam trabalho são as forças conservativas, a energia mecânica fica constante, isto é, a soma da energia cinética com todas as potenciais, se mantém constante.
Quando além das forças conservativas, existem forças de atrito, estas ocasionam uma diminuição da energia mecânica e essa perda é transformada principalmente em calor. A energia mecânica perdida é também, chamada de energia dissipada.
Sistemas Dissipativos
Quando existe atrito, a energia mecânica não é conservada porque parte ou toda se dissipa na forma de calor.
Conservação da Energia Total
"A energia pode transformar-se de uma forma para outra, não podendo ser criada ou destruída".
Sumário
- Energia Potencial Gravitacional - Energia Potencial Elástica - Energia Mecânica- Conservação da Energia Mecânica
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