Voltar a: Física e Química

---

Aula nº9

          ⇒ Tipos fundamentais de energia

---

• À nossa volta, é visível a manifestação de energia em inúmeras situações.

… é importante saber de que forma a energia se manifesta e quais são os tipos fundamentais de energia.

A energia pode manifestar-se de diferentes formas:

 

A energia não se cria nem se destrói, mas pode converter-se entre formas e ser transferida entre sistemas:

⇒ A energia associada ao movimento de uma massa de ar (energia eólica) é transformada em energia elétrica num gerador eólico.

⇒ A energia elétrica pode depois ser transformada em energia térmica e em energia luminosa.

Toda a energia que utilizamos e a que atribuímos às variadas designações corresponde apenas a dois tipos fundamentais de energia: energia cinética e energia potencial.

Apesar de não ocorrer destruição de energia, a energia é frequentemente convertida em formas mais difíceis de voltar a utilizar (como a térmica ou a luminosa).

É, por isso, muito importante consumir energia de forma racional.

⇒ No Sistema Internacional de Unidades, a energia é expressa em joule (J).

⇒ Outras unidades utilizadas com frequência são o quilowatt-hora (kW h) e a caloria (cal).

• • • 1 Cal = 4,18 J
    • 1 kWh = 1 x 10³ Wh = 3,6 x 10⁶ J

Apesar de a energia se manifestar de diferentes formas, consideram-se apenas dois tipos fundamentais de energia:

• Energia cinética – A energia cinética está associada ao movimento dos corpos.

Qualquer corpo em movimento possui energia cinética, cujo símbolo é Ec.

⇒ Manifestações de energia cinética.

⇒ O som propaga-se através do movimento vibratório de partículas.

⇒ A energia eólica está associada ao movimento de massas de ar.

 

• Energia potencial – A energia potencial é a energia armazenada no sistema e que pode ser utilizada.

A energia potencial não se relaciona diretamente com o movimento, mas sim com a possibilidade (ou potencialidade) de o corpo se mover devido a forças ou interações.

⇒ Manifestações de energia potencial.

⇒ Os alimentos possuem energia armazenada e que pode ser utilizada.

⇒ A energia associada às cargas elétricas pode ser transformada.

Gravítica – Um corpo pode ter energia potencial gravítica numa situação de repouso ou de movimento. Basta estar a uma certa altura do solo.

Elástica  – Um corpo pode ter energia potencial elástica se tiver sofrido uma deformação. Está associada à deformação dos objetos.

Quanto maior for a deformação dos objetos, maior será a sua energia potencial elástica.

Transformações de energia

São frequentes as transformações de energia cinética em energia potencial, e vice-versa.

• A energia cinética associada ao movimento do ar é transformada em energia potencial.

exemplo: ventoinha

• A energia potencial armazenada no elástico esticado é transformada em energia cinética.

exemplo: fisga

Energia potencial gravítica

Um corpo nas proximidades da Terra sofre a atração do Planeta (força gravítica) … mas o corpo também atrai o planeta Terra.

Há uma energia potencial associada ao sistema «corpo + Terra» que resulta da interação gravítica entre o corpo e o Planeta.

Energia potencial gravítica, Ep: está associada à força gravítica e à posição dos corpos

• Depende da massa do corpo:

Se dois camiões tiverem massas diferentes, mas estiverem à mesma altura qual terá maior energia potencial  gravítica?

Se dois corpos estiverem à mesma altura, mas massas diferentes, o que tiver maior massa irá ter maior energia potencial gravítica.

Se dois corpos estão à mesma altura do solo, mas um tem o dobro da massa do outro, a energia potencial gravítica desse corpo é também o dobro da energia potencial gravítica do outro;

• Depende da altura do corpo:

Se dois camiões tiverem a mesma massa, mas estiverem a alturas diferentes, qual terá maior energia potencial gravítica?

Se dois corpos tiverem a mesma massa, mas estiverem a alturas diferentes, o que estiver a  maior altura irá ter maior energia potencial gravítica.

Se o mesmo corpo é elevado para o dobro da altura, a sua energia potencial gravítica passa a ser também o dobro.

A energia potencial gravítica de um corpo nas proximidades do planeta Terra pode ser calculada da seguinte forma:

• Epg — energia potencial gravítica;
• m — massa do corpo;
• g — aceleração da gravidade na Terra (9,81 m s^–2);
• h — altura do corpo em relação ao solo

(considera-se a energia potencial gravítica ao nível do solo como sendo nula).

Energia cinética

O que têm em comum os corpos representados nas imagens?

⇒ Todos os corpos estão em movimento.

⇒ Quando um corpo possui movimento, diz-se que tem energia cinética.

Para calcular a energia cinética de um corpo, utiliza-se a expressão:

• E_C — energia cinética
• m — massa
• v — velocidade

A energia cinética é a energia associada ao movimento de um corpo em relação a um dado referencial.

• Depende da velocidade do corpo:

Se dois automóveis com a mesma massa se moverem com velocidades diferentes (v_B > v_A), qual terá maior energia cinética?

Se dois corpos tiverem a mesma massa, mas velocidades diferentes, o que tiver velocidade maior irá ter maior energia cinética.

Exemplo: Dois veículos iguais circulam numa estrada  com velocidade diferente:

• Qual dos dois veículos possui maior energia cinética?

O veículo B possui o dobro da velocidade de A, logo tem maior energia cinética.

Se o mesmo corpo aumenta o valor da velocidade para o dobro, a sua energia cinética passa a ser quatro vezes maior.

Quando o módulo da velocidade duplica, a energia cinética quadruplica.

A representação gráfica da energia cinética em função da velocidade é do tipo:

• Depende da massa do corpo:

Se um automóvel e um camião se moverem com a mesma velocidade, qual terá maior energia cinética?

Se dois corpos tiverem a mesma velocidade, mas massas diferentes, o que tiver maior massa irá ter maior energia cinética.

Se dois corpos têm velocidades iguais mas um tem o dobro da massa do outro, a sua energia cinética é também o dobro da energia cinética do outro;

Dois veículos de massa diferente circulam numa estrada à mesma velocidade:

Exemplo: Qual dos dois veículos possui maior energia cinética?

O veículo B possui o dobro da massa de A, logo tem maior energia cinética.

Quando o valor da massa duplica, a energia cinética também duplica.

A representação gráfica da energia cinética em função da massa é do tipo:

Para uma dada velocidade, a energia cinética aumenta linearmente com a massa.

⇒ Assim, pode concluir-se que, para qualquer corpo em movimento em relação a um dado referencial, …

… quanto maior for a massa do corpo, maior será a energia cinética;

… quanto maior for o valor da velocidade do corpo, maior será a energia cinética.

Transformações de energia

A soma das duas energias, cinética e potencial gravítica chama-se energia mecânica do corpo.

Na ausência de resistência do ar a energia mecânica do corpo é constante.

• Energia de um corpo em queda sem resistência do ar

Quando um corpo que se encontra a uma certa altura é abandonado, ele cai para o solo descrevendo uma trajetória retilínea vertical no sentido descendente.

Durante a queda, a energia potencial gravítica do corpo vai diminuindo até se anular.

Quando um corpo que se encontra a uma certa altura é abandonado, a única força a atuar no corpo é a força gravítica, tornando-o num movimento retilíneo e uniformemente acelerado. (v → aumenta)

Durante a queda, a energia cinética do corpo aumenta de zero até ao seu valor máximo.

Se a resistência do ar for desprezável, a soma da energia cinética e da energia potencial gravítica terá sempre o mesmo valor ao longo da trajetória: Ep + Ec = constante

Exemplo: Admitindo que a massa da bola é de 540 g (0,540 kg) e que a resistência do ar é desprezável:

 

Bola em repouso (C)

• Não tem energia cinética.
• Tem energia potencial gravítica e o seu valor é máximo (a altura é máxima).

Bola a cair (B)

• Tem energia cinética, que aumenta à medida que cai (a velocidade aumenta na queda).
• Tem energia potencial gravítica, que diminui à medida que cai (a altura diminui na queda).

Bola quando atinge o solo (A)

• A energia cinética tem o valor máximo (a velocidade é máxima).
• A energia potencial gravítica é nula ( a altura é nula).

• Energia de um corpo lançado verticalmente para cima

 

O movimento de subida do corpo é retilíneo uniformemente retardado, pois a força resultante que nele atua é o peso, que tem sentido oposto ao do movimento, tal como a aceleração gravítica.

Durante a subida há conversão de energia cinética em energia potencial gravítica.

A energia cinética converte-se em potencial gravítica. Também se chama transformação de energia.

Bola a ser lançada

• Tem energia cinética (é preciso imprimir-lhe velocidade para subir).
• Tem energia potencial gravítica (está a uma certa altura).

Bola a subir

• Tem energia cinética, que diminui à medida que sobe (a velocidade diminui na subida).
• Tem energia potencial gravítica, que aumenta à medida que sobe (a altura aumenta na subida).

Bola na altura máxima

• A energia cinética é nula (a velocidade é nula).
• Tem energia potencial gravítica máxima (a altura é máxima).

Em qualquer ponto, a soma da energia potencial com a energia cinética tem sempre o mesmo valor.

A soma da energia cinética (Ec) com a energia potencial (Ep) é a energia mecânica (Em) de um sistema.

Desprezando o atrito e a resistência do ar, a energia mecânica mantém-se constante durante um movimento.

Trabalho de uma força

Quando uma força atua sobre um objeto, podem ocorrer transferências de energia que levam à variação da energia do objeto.

Há uma relação entre força e energia: a ação de uma força pode originar a transferência de energia entre os corpos em interação.

A este processo de transferir energia por meio de forças chama-se trabalho.

• Neste caso, o rapaz aplica uma força sobre a caixa, fazendo-a mover-se.

• A força aplicada pelo rapaz transfere energia para a caixa.

À energia transferida entre sistemas por atuação de uma força, dá-se o nome de trabalho (W).

⇒ À energia transferida para um corpo através da atuação de forças chama-se trabalho.

⇒ O trabalho é uma grandeza física escalar que se simboliza por W (unidades SI é o joule, J)

O valor do trabalho realizado por uma força, seja no mesmo sentido do movimento ou no sentido oposto, é dado pela variação da energia cinética do corpo.

Nem todas as forças são capazes de realizar trabalho:

⇒ A força exercida pelo João provoca o deslocamento da bicicleta.

⇒ A força transfere energia para a bicicleta e, por isso, realiza trabalho.

O atleta exerce uma força para manter os halteres na mesma posição, mas não os desloca.

• A força não transfere energia para os halteres e, por isso, não realiza trabalho.

A passagem de energia de um sistema ou corpo para outro sistema ou corpo chama-se transferência de energia.

Uma força realiza trabalho sobre um corpo apenas se for responsável pelo deslocamento do corpo.

Na caixa em movimento atuam várias forças em simultâneo:

• O peso (P) e a força de reação normal (N), ambas perpendiculares ao deslocamento.

Estas forças não transferem nem retiram energia ao corpo; por isso, não são responsáveis pelo deslocamento.

Estas forças não realizam trabalho sobre o corpo.

• a força (F) exercida pelo rapaz, com a mesma direção e sentido do deslocamento.

Esta força transfere energia para o corpo, contribuindo para o deslocamento efetuado.

Como esta força transfere energia para o corpo, diz-se que realiza um trabalho potente.

• a força de atrito (Fa), com a mesma direção, mas sentido oposto ao do deslocamento.

Esta força leva a que o corpo ceda energia, opondo-se ao deslocamento.

Como esta força leva o corpo a ceder energia, diz-se que realiza um trabalho resistente.

No que toca às forças que têm a mesma direção do deslocamento, o trabalho (W) pode ser calculado da seguinte forma:

Trabalho resistente (ex.: W_Fa)

• W = – F x d

Trabalho potente (ex.: W_F )

• W = F x d

O trabalho (W) é uma medida de transferência de energia e é expressa em joule (J).

• Por convenção, diz-se que o trabalho resistente é negativo, enquanto o trabalho potente é positivo.

• Quanto maior é a intensidade da força e o deslocamento efetuado, maior é a quantidade de energia transferida entre sistemas por realização de trabalho.