3.1 - Conservação de Energia

Um dos objetivos principais da física é investigar uma coisa sobre a qual todos falam: Energia.  O termo energia é muito amplo e, por isso, é difícil uma definição clara sendo definido apenas como a capacidade de realizar trabalho. Esse assunto é realmente importante, pois, nossa civilização está baseada na obtenção e no uso eficiente de energia.

Inicialmente apresentaremos dois tipos importantes de energia: Energia Cinética (k) e Energia Potencial (U).

*A Energia cinética está associada ao estado de movimento de um objeto. Quanto mais rápido o objeto se move, maior é sua energia cinética. Quando um objeto está parado sua energia cinética é nula.

*A Energia Potencial é uma forma geral de energia. Tecnicamente, a energia potencial é a energia que pode ser associada com a configuração (arranjo) de um sistema de objetos que exercem força entre si. Essa definição, no entanto, é muito formal para algo que é na verdade muito familiar a você.

Um exemplo pode esclarecer melhor a definição: Um praticante de bungee jump que salta de uma plataforma. O sistema de objetos consiste na terra e no saltador. A força entre os objetos é a força gravitacional. A configuração do sistema varia (a separação entre o saltador e a terra diminui - que é, evidentemente, a emoção do salto). podemos descrever o movimento do saltador e o aumento da velocidade através de uma energia potencial gravitacional. quando o saltador começa a esticar a corda elástica próximo ao final do salto, o sistema de objetos consiste na corda e no saltador. A força entre os objetos é uma força elástica (tipo mola). A configuração do sistema varia (a corda é esticada). Podemos descrever a diminuição da velocidade do saltador e o aumento do comprimento da corda definindo uma energia potencial elástica.

A soma da energia cinética e potencial de um sistema constitui sua Energia Mecânica. A energia mecânica (na ausência de força de atrito e força de arrasto) é conservada. Isso quer dizer que a energia pode ser transformada de uma forma para outra e transferida de um objeto para outro, mas a quantidade total é sempre a mesma.

Na simulação abaixo podemos perceber a conservação de energia do skatista. A energia potencial está associada à altura que o colocamos (configuração do sistema) ao soltá-lo essa energia vai sendo transformada em energia cinética (velocidade aumentando) até que ele passa pelo ponto central da pista toda sua energia potencial foi transformada em energia cinética e sua velocidade é máxima. Essa energia cinética é novamente transformada em energia potencial porque o skatista passa pela posição central e vai subindo novamente do outro lado da rampa até perder toda sua energia cinética. 

Já na simulação abaixo, vemos um caso mais geral da conservação da energia onde, ao colocar a massa presa a mola, os gráficos indicam as energias cinética, potencial gravitacional, elástica e térmica. E mostra, ainda, que a soma dessas energias (Energia Mecânica) se mantém constante.

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Referências da página

https://phet.colorado.edu/pt_BR/

Fundamentos de Física 1 - Halliday e Resnick - 8ªed