A energia mecânica de um corpo

A energia mecânica é definida como a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho. Pode ser classificada em energia cinética e energia potencial.

Significado de Energia Mecânica

Podemos dizer que a energia mecânica representa a capacidade de um corpo de gerar trabalho. Esse último, por sua vez, diz respeito à energia aplicada por uma força numa deslocação. Quando relacionada com o movimento, a energia mecânica é denominada energia cinética. Quando relacionada à energia armazenada num corpo em determinada posição, é classificada como energia potencial.

Energia cinética e energia potencial

A capacidade do corpo de realizar um trabalho pode ser dividida em energia cinética e energia potencial. A energia cinética está relacionada com a massa e a velocidade de um corpo. É, portanto, caracterizada pela energia gerada no movimento de um corpo. Já a energia potencial refere-se à capacidade de um corpo de realizar um trabalho em virtude da energia armazenada pela posição em que ele se encontra. Esta pode ser de dois tipos: energia potencial gravitacional e energia potencial elástica. Assim, a energia potencial gravitacional tem origem na atração gravitacional do planeta Terra sobre um determinado objeto. Por outro lado, a energia potencial elástica tem origem na ação que uma mola ou um elástico pode exercer sobre um dado corpo.

Conservação da Energia Mecânica

A energia mecânica conserva-se quando não há forças dissipativas que a transformem noutras formas de energia, como som e calor. Isto significa que, para que a energia mecânica seja conservada, só podem atuar sobre ela forças conservativas. Ou seja, aquelas que não modificam a energia mecânica de um sistema. Já a força dissipativa, como mencionado, é aquela que transforma a energia mecânica noutras formas de energia. Portanto, sempre que houver a força de atrito, parte da energia mecânica do sistema será transformada em calor e som. Um exemplo claro dessa situação é a força do travão de um automóvel. Ao parar o carro, escuta-se o som do travão e percebe-se a fumaça a sair dos pneus. Isso ocorre devido ao aumento da temperatura em consequência do atrito com o asfalto.

A energia mecânica é o somatório entre a energia cinética e a energia potencial, ou seja, é o conjunto de energias atuantes em um sistema.

A energia mecânica é a energia total agindo sobre um corpo ou sistema, calculada pela soma entre a energia cinética e a energia potencial. Ela é conservada quando não há forças dissipativas atuando sobre ela, o significa que, nesse caso, o valor da energia mecânica antes e depois da transformação de energia não é alterado.

Veja também: Energia elétrica — o resultado do trabalho realizado pela corrente elétrica

Resumo sobre energia mecânica

A energia mecânica é uma grandeza física escalar que corresponde à soma entre a energia cinética e a energia potencial.
Sua unidade de medida é o Joule.
Seus tipos são: energia cinética (relacionada ao movimento dos corpos) e energia potencial, que pode ser elástica (relacionada à ação das molas sobre os corpos) ou gravitacional (relacionada à variação de altura dos corpos).
Na sua conservaçao, a energia mecânica em um sistema antes é igual à energia mecânica nesse sistema depois. Um exemplo do que funciona por meio dessa conservação é o pêndulo de Newton.

O que é energia mecânica?

A energia mecânica é uma grandeza física escalar gerada pelo trabalho de um corpo, tratando-se da energia total que atua sobre um sistema, sendo a soma entre a energia cinética e a energia potencial.

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida da energia mecânica é o Joule, representado pela letra J.

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Fórmulas da energia mecânica

→ Energia mecânica

\(E_m=E_c+E_p\)

Em que

\(E_p=E_{pel}+E_{pg}\)

\(E_m\) → energia mecânica, medida em Joule \([J]\).
\(E_c\) → energia cinética, medida em Joule \([J]\).
\(E_p\) → energia potencial, medida em Joule \([J]\).
\(E_{pel}\) → energia potencial elástica, medida em Joule \([J]\).
\(E_{pg}\) → energia potencial gravitacional, medida em Joule \([J]\).

→ Energia cinética

\(E_c=\frac{m\cdot v^2}{2}\)

\(E_c\) → energia cinética, medida em Joule \([J]\).
m → massa, medida em quilograma \([kg]\).
v → velocidade, medida em \([m⁄s]\).

→ Energia potencial elástica

\(E_{pel}=\frac{k\cdot x^2}{2}\)

\(E_{pel}\) → energia potencial elástica, medida em Joule \([J]\).
k → constante da mola, medida em \([N/m]\).
x → elongação ou deformação da mola, medida em metros \([m]\).

→ Energia potencial gravitacional

\(E_{pg}=m\cdot g\cdot h\)

\(E_{pg}\) → energia potencial gravitacional, medida em Joule \([J]\).
m → massa, medida em quilograma \([kg]\).
g → aceleração da gravidade, vale aproximadamente \(9,8\ m⁄s^2 \).
h → altura, medida em metros \([m]\).

Tipos de energia mecânica

Existem dois tipos de energia mecânica: a energia cinética e a energia potencial, que, por sua vez, é subdividida em energia potencial elástica e energia potencial gravitacional.

→ Energia cinética

É a energia associada a corpos em movimento, então, sempre que estivermos trabalhando com algo se locomovendo, teremos a energia cinética, conforme podemos ver na imagem.

Em razão do movimento dos carros, temos a atuação da energia cinética sobre eles.

→ Energia potencial

É a energia associada à posição em que os corpos se encontram, dividindo-se em energia potencial elástica e energia potencial gravitacional.

◦ Energia potencial elástica

É a energia associada à ação que uma mola executa sobre um corpo, conforme podemos ver na imagem.

Com a compressão da mola, temos o aparecimento da energia potencial elástica.

◦ Energia potencial gravitacional

É a energia associada à atração gravitacional terrestre sobre os corpos, aparecendo sempre que trabalharmos com variações de altura, como no caso de uma queda, conforme podemos ver na imagem.

Ao jogar a bola para cima, temos uma variação de altura, gerando uma energia potencial gravitacional.

Conservação de energia mecânica

Na conservação da energia mecânica, temos a transferência de energia mecânica por meio dos corpos, ocorrendo a igualdade entre os valores das energias mecânica antes e depois (instante antes e depois da conversão das energias), mas decorrendo da ausência de forças dissipativas, como a força de atrito e/ou da força de arraste. Sua fórmula pode ser escrita como:

\(E_{m\ antes}=E_{m\ depois}\)

\(E_{m\ antes}\) → energia mecânica antes em um sistema, medida em Joule \([J]\).
\(E_{m\ depois}\) → energia mecânica depois em um sistema, medida em Joule \([J]\).

O pêndulo de Newton.

Por exemplo, o pêndulo de Newton é um aparato que funciona pelo princípio de conservação da energia mecânica, em que, ao soltar uma das esferas, ela baterá nas outras, causando o movimento delas, e isso ocorre em razão da energia potencial gravitacional da esfera solta se converter em energia cinética para o restante do sistema, gerando o movimento.

→ Videoaula sobre conservação da energia mecânica

Saiba mais: Como resolver exercícios de conservação da energia mecânica?

Exercícios resolvidos sobre energia mecânica

Questão 1

(Enem) Os carrinhos de brinquedo podem ser de vários tipos. Dentre eles, há os movidos a corda, em que uma mola em seu interior é comprimida quando a criança puxa o carrinho para trás. Ao ser solto, o carrinho entra em movimento enquanto a mola volta à sua forma inicial. O processo de conversão de energia que ocorre no carrinho descrito também é verificado em:

A) um dínamo.

B) um freio de automóvel.

C) um motor a combustão.

D) uma usina hidroelétrica.

E) uma atiradeira (estilingue).

Resolução:

Alternativa E

Em um estilingue, temos a energia potencial elástica proveniente da mola se convertendo em energia cinética, causando o lançamento do objeto.

Questão 2

(IFSP) Um atleta de salto com vara, durante sua corrida para transpor o obstáculo à sua frente, transforma a sua energia _____________ em energia ____________ devido ao ganho de altura e consequentemente ao/à _____________ de sua velocidade.

As lacunas do texto acima são, correta e respectivamente, preenchidas por:

A) potencial – cinética – aumento

B) térmica – potencial – diminuição

C) cinética – potencial – diminuição

D) cinética – térmica – aumento

E) térmica – cinética – aumento

Resolução:

Alternativa C

Temos a energia cinética se convertendendo em energia potencial gravitacional.

Quais as formas de energia mecânica em um corpo?

Como já falamos, existem três tipos de energia mecânica: a energia cinética, a energia potencial gravitacional e a energia potencial elástica. A primeira delas, a energia cinética, é o resultado da transferência de energia de um sistema que é capaz de movimentar um corpo.

O que é energia mecânica de um exemplo?

Energia mecânica é caracterizada pela capacidade de um corpo de gerar trabalho. O trabalho, por sua vez, é a energia aplicada por uma força em um deslocamento. Sendo assim, existem inúmeros exemplos rotineiros para exemplificar a energia mecânica como um carro subindo uma ladeira, montanha russa, sinuca etc.

Como acontece a energia mecânica?

Ela corresponde a soma da energia cinética (Ec), produzida pelo movimento dos corpos, com a energia potencial elástica (Epe) ou gravitacional (Epg), produzida por meio da interação dos corpos relacionada com a posição dos mesmos.

Qual é o princípio da energia mecânica?

A conservação da energia mecânica afirma que toda a energia relacionada ao movimento de um corpo é mantida constante quando não atuam sobre ele quaisquer forças dissipativas, tais como as forças de atrito e arraste.