Energia mecânica

Energia mecânica de um ciclista

Em artigos anteriores, analisamos exaustivamente energia cinética e tudo relacionado a ele. Nesse caso, continuamos com o treinamento e passamos a estudar energia mecânica. Esse tipo de energia é produzida pelo trabalho de um corpo. Pode ser transferido entre outros corpos. Pode-se dizer que é a soma da energia cinética produzida pelo movimento dos corpos, com a energia potencial elástica e / ou gravitacional. Essa energia é produzida por meio da interação dos corpos em relação à posição que cada um ocupa.

Neste post você aprenderá tudo relacionado à energia mecânica, desde como funciona até como calculá-la e suas utilidades. Você gostaria de aprender sobre isso? Continue lendo 🙂

Explicação da energia mecânica

Energia mecânica

Para facilitar o entendimento, vamos dar um exemplo. Vamos pensar em um objeto que é lançado à distância do solo. Esse objeto carregará uma energia cinética anterior porque está se movendo. À medida que avança, adquire velocidade e energia potencial gravitacional quando é elevado acima do nível do solo. Tomemos o lançamento de uma bola como exemplo.

Levando em consideração que nosso braço exerce trabalho sobre a bola, ele transfere a energia cinética para que ela se mova. Neste exemplo, vamos considerar força de atrito desprezível com ar Ou então tornaria os cálculos e o aprendizado do conceito muito difícil. Quando a bola é lançada e está no ar, ela carrega a energia cinética que a leva a se mover e a energia potencial gravitacional que a atrai ao solo porque está elevada.

Devemos sempre ter em mente que estamos sujeitos à força da gravidade. A gravidade da Terra nos empurra em direção ao solo com uma aceleração de 9,8 metros por segundo ao quadrado. Ambas as forças que estão interagindo com a bola têm velocidades, acelerações e direções diferentes. Portanto, a energia mecânica é resultante de ambas as energias.

A unidade de medida da energia mecânica, segundo o Sistema Internacional, é o joule.

Fórmula

Jogando uma bola

Para os físicos, o cálculo da energia mecânica se traduz na soma da energia cinética e do potencial gravitacional. Isso é expresso pela fórmula:

Em = Ec + Ep

Onde Em é a energia mecânica, Ec a cinética e Ep o potencial. Vimos a fórmula da energia cinética em outro post. Quando falamos sobre energia potencial gravitacional, estamos falando sobre o resultado da massa vezes a altura e a gravidade. A multiplicação dessas unidades nos mostra a energia potencial de um objeto.

Princípio de conservação de energia

Energia mecânica de uma motocicleta

Os professores sempre insistiram repetidamente que a energia não é criada nem destruída, mas transformada. Isso nos leva ao princípio da conservação de energia.

Quando a energia mecânica vem de um sistema isolado (aquele em que não há atrito) baseado em forças conservativas (que conservam a energia mecânica do sistema) sua resultante permanecerá constante. Em outra situação, a energia do corpo será constante enquanto a mudança ocorrer apenas no modo de energia e não em seu valor. Ou seja, se a energia é transformada de cinética em potencial ou mecânica.

Por exemplo, se lançarmos a bola na vertical, ela terá toda a energia cinética e potencial no momento da subida. Porém, quando atingir seu ponto mais alto, ficando parado sem deslocamento, terá apenas a energia potencial gravitacional. Nesse caso, a energia é conservada, mas em modo potencial.

Essa dedução pode ser expressa matematicamente com a equação:

Em = Ec + Ep = constante

Exemplos de exercícios

Exercícios e problemas

Para lhe oferecer um melhor ensino deste tipo de energia, vamos colocar alguns exemplos de exercícios e vamos resolvê-los passo a passo. Nessas questões, envolveremos os diferentes tipos de energia que vimos até agora.

  1. Marque a opção errada:
  2. a) Energia cinética é a energia que um corpo possui, porque está em movimento.
  3. b) Pode-se dizer que a energia potencial gravitacional é a energia que um corpo possui porque está localizado a uma certa altura acima da superfície terrestre.
  4. c) A energia mecânica total de um corpo é comum, mesmo com o aparecimento de atrito.
  5. d) A energia total do universo é constante, podendo ser transformada de uma forma para outra; no entanto, ele não pode ser criado ou destruído.
  6. e) Quando um corpo possui energia cinética, ele é capaz de realizar trabalho.

Nesse caso, a opção errada é a última. O trabalho não é feito pelo objeto que possui a energia cinéticaMas o corpo que lhe deu essa energia. Voltemos ao exemplo da bola. Ao jogá-lo no ar, somos nós que fazemos o trabalho para dar a ele a energia cinética para se mover.

  1. Digamos que um ônibus com massa m viaje ao longo de uma estrada de montanha e desça por uma altura h. O motorista do ônibus mantém os freios acionados para evitar colisões na descida. Isso mantém a velocidade do ônibus constante, mesmo quando o ônibus está descendo. Considerando essas condições, indique se é verdadeiro ou falso:
  • A variação da energia cinética do carro é zero.
  • A energia mecânica do sistema ônibus-Terra é conservada, já que a velocidade do ônibus é constante.
  • A energia total do sistema ônibus-Terra é conservada, embora parte da energia mecânica seja transformada em energia interna.

A resposta para este exercício é V, F, V. Ou seja, a primeira opção é verdadeira. Se formos para a fórmula da energia cinética, podemos ver que, se a velocidade for constante, a energia cinética permanece constante. A energia mecânica não é conservada, pois o potencial gravitacional continua a variar ao descer das alturas. A última é verdadeira, pois a energia interna do veículo cresce para manter o corpo em movimento.

Espero que com esses exemplos você possa aprender melhor sobre energia mecânica e passar nos exames físicos que custam tanto para muitas pessoas 😛


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