Dinâmica: Energia

Falaremos apenas da energia mecânica, que pode ser dividida em Potencial e Cinética.

A unidade de qualquer tipo de energia é a mesma do Trabalho: Joule (J).

Observação: O conceito formal de energia é um tanto obscuro para a física, pois ela se trata de uma grandeza matemática que nos servirá para encontrar os estados dos corpos.

ENERGIA CINÉTICA (Ec)

É a energia de movimento e depende da massa (m) e da velocidade (v) do objeto.

ENERGIA POTENCIAL

É a energia que dizemos “armazenada” nos corpos pronta para realizar trabalho ou se transformar em energia cinética. Vamos citar dois exemplos:

GRAVITACIONAL (Epg)

É a energia de um corpo devido a sua posição elevada em relação a um referencial. Pode ser descrita como:

em que:

m é a massa do corpo
g é a aceleração gravidade
h é a altura a partir do solo (ou da posição de referência)

ELÁSTICA (Epe)

É a energia de um corpo devido à deformação de uma mola. Pode ser descrita como:

em que:

k é a constante elástica da mola
x é a deformação da mola

MECÂNICA (Emec)

É a soma de todas as energias do corpo: cinética e potencial.

Essa grandeza é muito útil pois ela sempre se conserva para um sistema isolado. Assim os sistemas apenas trocam os tipos de energia entre si (potencial por cinética e vice-versa), sem que o valor total seja modificado. Isso se chama princípio de conservação da energia e é um princípio fundamental para a ciência.

Observação: São chamados conservativos os sistemas que não possuem forças dissipativas como atito e resistência do ar. Nesse caso a energia de um objeto se mantém constante.

Exercício Resolvido 2: (UDESC 2019) Um pequeno bloco com 300 g de massa comprime em 2,0 cm uma mola de constante elástica de 10 N/m. O bloco é solto e sobre por uma superfície curva, como mostra a figura abaixo.

Desconsiderando quaisquer forças de atrito, assinale a alternativa que corresponde à velocidade do bloco ao passar pela metade da altura máxima hmax a ser atingida no plano inclinado.

Resolução: A

Usando a Conservação da Energia Mecânica, a energia elástica é igual a energia potencial gravitacional máxima, assim obtemos a altura máxima.

Quando o objeto atinge a metade da altura máxima, sua velocidade será:

Observação: Quando existirem forças dissipativas atuando no corpo, apesar da energia do sistema se conservar, a energia do corpo não se conserva. No entanto, essa energia mecânica perdida é devido ao trabalho realizado pelas forças dissipativas. Assim, vale a expressão:

Exercício Resolvido 3: (ESPCEX 2020) Um corpo homogêneo de massa 2 kg desliza sobre uma superfície horizontal, sem atrito, com velocidade constante de 8 m/s no sentido indicado no desenho, caracterizando a situação 1.

A partir do ponto A, inicia a subida da rampa, onde existe atrito. O corpo sobe até parar na situação 2, e, nesse instante, a diferença entre as alturas dos centros de gravidade (CG) nas situações 1 e 2 é 2,0 m.