Energia Mecânica de forma Simples e Descontraída

Você sabe o que é Energia Mecânica?

Sem dúvidas esse é um dos assuntos mais importantes para os vestibulares e ENEM. Isso porque é um assunto que envolve muita aplicação prática e baseia inúmeras tecnologias atualmente usadas no nosso dia a dia.

Hoje nós somos extremamente dependentes do conhecimento da energia mecânica.

  • Usamos meios de transporte para nos movimentar, seja terrestre, aquático ou aéreo;
  • Precisamos de motores para impulsionar cargas e materiais nos portos e aeroportos;
  • Precisamos de bombas para distribuir água na cidade;
  • E tantos outros exemplos.

Acompanhe este artigo até o final e descubra o que transporte, motores e bombas tem a ver com Energia Mecânica.

Veja Também: Energia Mecânica Exercício Resolvido - Enem 2015.

O que é Energia Mecânica?

De maneira bem direta a  Energia Mecânica é a forma de energia associada ao movimento dos corpos.

Energia Mecânica - Movimento dos corposTudo necessário para movimentar ou manter em movimento corpos, tem associado uma energia mecânica.

Ela tanto causa o movimento dos corpos, como os mantém em movimento.

A Energia mecânica que causa os movimentos é a Energia Potencial. Dizemos que é uma energia acumulada que possibilita um corpo entrar em movimento.

Por outro lado, a energia mecânica que mantém os corpos em movimento é a Energia Cinética.

Energia Mecânica - Energia potencial e Cinética

Acompanhe este artigo que tenho certeza que você entenderá este assunto.

Para te ajudar ainda mais a entender esses conceitos, observe o significado da palavra Potencial.

Potencial significa : “algo que pode vir a ser”; a energia potencial é uma energia que gera expectativa de movimento.

Por exemplo:

Uma brincadeira de criança muito comum, é o de estilingue. Imagine que você está andando na rua e percebe que uma criança está com um estilingue apontando para um alvo próximo de você.

Energia Mecânica - Energia Potencial Elástica

Qual a sua reação?

Você fica com medo daquela pedra atingir você, não é mesmo?

Ou seja, há uma expectativa que aquela pedra entre em movimento. Ela está com energia potencial.

Quer ver outro exemplo?

Você está passando próximo a uma obra de Construção Civil e percebe que um material que estava sendo transportado a uma certa altura está desequilibrado e pode cair a qualquer momento. Qual a sua reação?

Energia Mecânica - Energia Potencial Gravitacional

Sair de baixo da carga, não é mesmo?

Você faz isso porque você sabe que se o material desequilibrar ele vai cair, entrar em movimento e poderá te atingir. Ou seja, há uma expectativa de movimento. O material está com um Energia Potencial.

Por outro lado, imagine um jarro de cristal, lindo e caríssimo usado no chão de uma residência. Neste caso, não há expectativa de queda (a não ser que por tombamento), desta forma, não há energia potencial. Mas se você coloca o jarro em cima de uma prateleira, já há a possibilidade de queda, pois ele adquiriu uma energia potencial.

Conseguiu abstrair a ideia?

Que bom!

Energia Mecânica - Energia Potencial-2

Acompanhe o artigo para você entender mais ainda a diferença dessas energias mecânicas.

Veja Também: Energia Mecânica Exercício Resolvido - Enem 2015.

Energia Mecânica Potencial ou Energia Potencial

Agora que você já tem uma ideia do que é a energia potencial, vamos detalhar mais um pouco este assunto.

Só relembrando, a Energia Potencial é aquela energia capaz de causar um movimento, energia que gera uma expectativa de movimento.

Há 2 tipos de Energia Potencia Mecânica. São eles:

  • Energia Potencial Elástica
  • Energia Potencial Gravitacional

A energia potencial elástica sempre está presente quando se tem uma deformação de um elástico ou mola. É o exemplo do estilingue da criança que eu falei lá no início do texto. O fato de a criança estar com o estilingue puxado, gerou uma deformação do elástico que fez surgir uma energia potencial elástica, gerando a expectativa de movimento.

Quer ver outro exemplo bem descontraído? Assista a esse vídeo abaixo.

No caso deste vídeo, a energia potencial elástica surge quando o quadriciclo distende ( estica) a mola de sua posição de origem. Neste momento a pessoa amarrada no elástico adquire energia potencial elástica gerando uma expectativa de movimento, que é realizado quando se solta a mola do quadriciclo e a pessoa entra em movimento.

Por outro lado, a energia potencial gravitacional é a energia mecânica associada à Altura ou desnível que o corpo se encontra em relação ao solo ou superfície de referência. É o caso do material desequilibrado na construção civil visto acima ou do jarro de cristal em cima da prateleira. Em ambos os casos, a altura em que se encontra os objetos geram uma expectativa de queda, pois tem associada a eles uma Energia Potencial Gravitacional. O nome gravitacional está associado à força gravitacional ou força da gravidade que puxa os objetos suspensos para baixo.

Energia Mecânica - Potencial Elástica e Gravitacional

Vou te dar agora outro exemplo bem descontraído de aplicação da energia gravitacional. Assista a esse vídeo aí embaixo. Se você gostar, deixe seu comentário lá no final do artigo.

Perceba que as pessoas que descem no tobogã estão a uma altura (H) da piscina. Elas adquirem capacidade de entrar em movimento, energia potencial gravitacional, e adquirem movimento no momento em que descem o escorrego.

Perceba que a energia potencial gravitacional é, portanto, uma energia relacionada à altura.

Veja Também: Energia Mecânica Exercício Resolvido - Enem 2015.

COMO CALCULAR ENERGIA POTENCIAL

Você sabe como calcular a capacidade de um corpo entrar em movimento seja por efeitos elásticos ou gravitacionais?

É isto que vamos aprender agora: calcular a energia potencial elástica e a energia potencial gravitacional.

Energia Potencial Elástica

A Energia Potencial Elástica pode ser mensurada através de uma fórmula, em que associa as características da mola e sua deformação com a quantidade de energia. Quanto maior a energia potencial elástica, maior a tendência ou expectativa de um corpo entrar em movimento.

Energia Mecânica - Fórmula de Energia Potencial Elástica

Nesta fórmula, temos:

EPe: Energia Potencial Elástica (J)

K: constante elástica da mola (N/m)

x: deformação da mola (m)

Entendendo os dados da fórmula de Energia Potencial Elástica

Antes de prosseguir é importante que você entenda o que significa cada termo da fórmula de energia potencial elástica.

  1. Epe : Energia Potencial Elástica informa a capacidade do corpo entrar em movimento. Sua unidade de medida, de acordo com o Sistema Internacional de medidas é o Joule (J). Ex: Epe = 100J
  2. k: Constante Elástica da Mola: É uma propriedade da mola que indica a facilidade dela deformar-se. Constantes elásticas elevadas indicam que a mola deverá ser submetida a uma força grande para se deformar, enquanto, constantes da mola pequenas, indicam que pequenas forças já causam a deformação da mola. Veja 2 exemplos na tabela abaixo:
Situação Constante da Mola (N/m) Significado
Mola 1 1000 Uma força de 1000N é necessária para deformar a mola em 1m.
Mola 2 30 Uma força de apenas 30N deforma a mola em 1m.

A mola 2 tem mais facilidade de deformação do que a mola 1, já que precisa de menor força para sua deformação.

Em termos práticos, quanto mais “dura” for uma mola, maior sua constante elástica.

  1. x: deformação da mola: indica o quanto a mola aumentou ou diminuiu seu tamanho após ser deformada. Portanto, é a diferença entre o tamanho final e inicial da mola.

Veja o exemplo:

Suponha que você tenha um elástico de prender dinheiro cujo tamanho original dele seja de 10cm ( ou 0,1m). Você puxa esse elástica ( estica-o),e ele passa a ter 15cm (ou 0,15m).elástico

Quanto foi que ele aumentou o tamanho original?

Ele aumentou 5cm (ou 0,05m), portanto, a deformação (x) dele foi de 0,05m (Lembre-se de sempre trabalhar com a deformação em metros).

Entendido? Que bom!! Vamos em frente!!

Entendendo o significado da fórmula de Energia Potencial Elástica

A fórmula de energia potencial elástica mostra que a quantidade de energia potencial elástica acumulada por um corpo é proporcional a constante elástica da mola (k), e proporcional ao quadrado da deformação da mola(x).

Isso quer dizer que quanto maior o ‘k’ da mola, maior a energia potencial associada a ela, e quanto maior a deformação, maior a energia elástica associada também.

Vamos lá, ver uma situação prática.

Você já viu ou fez exercícios com elásticos na academia?

Você já percebeu que os elásticos possuem “dureza” ou resistência diferentes? Alguns precisam de mais força para serem deformados, enquanto outros não precisam de tanta força. Essa característica permite que o educador física, troque de elástico à medida que o aluno evolui nos treinamentos e ganha mais força. Veja este vídeo de exercícios com elástico.

 

Outro exemplo, é o do prórpo estilingue humano visto no vídeo acima. Quanto maior a deformação dada na mola pelo quadriciclo, maior é a energia potencial elástica, maior a força com que a pessoa vai ser lançada, maior a velocidade de lançamento.

Energia Potencial Elástica – exercício resolvido

Vamos resolver uma questão. Imagine que no vídeo “Estilingue Humano” exposto acima, suponha que o elástico usado pelos jovens tenha uma constante elástica da mola de 1000N/m, tamanho original de 10m, e que o quadriciclo distendeu o elástico até 17m. Qual energia potencial elástica fornecida a pessoa presa ao elástico?

Solução:

Fórmula:  Eel = k.x² / 2

K = 1000N

Tamanho original da mola (L0)= 10m

Tamanho final da mola (L) =17m

Deformação (x):   x= L-L0 = 17 -10 = 7m

Cálculo:     Eel = k.x² / 2 = 1000.7²/2 = 1000.49/2 = 24500J

Vamos continuar aprendendo Energia mecânica vendo a Energia Potencial Gravitacional.

Veja Também: Energia Mecânica Exercício Resolvido - Enem 2015.

Energia Potencial Gravitacional

Já a energia Potencial Gravitacional pode ser mensurada através da fórmula que associa a altura ou desnível em que o corpo se encontra a sua energia. Quanto maior esse desnível ou altura, maior sua Energia potencial Gravitacional.

Energia Mecânica - Fórmula de Energia Potencial Gravitacional

Nesta fórmula temos:

Ep = Energia potencial gravitacional (J)

M: massa (kg)

g: aceleração da gravidade (m/s²)

H: altura (m)

É importante frisar que as unidades de medida têm que estar de acordo com o Sistema Internacional de Medidas como mostrado acima ( massa em ‘kg’, altura em ‘m’, gravidade em ‘m/s²’, e energia em ‘J’ (Joule).

Entendendo os dados da fórmula de Energia Potencial Gravitacional

Antes de prosseguir é importante que você entenda o que significa cada termo da fórmula de energia potencial gravitacional.

Ep: Energia Potencial Gravitaconal: informa a capacidade do corpo entrar em movimento. Sua unidade de medida, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Joule (J). Ex: Ep = 150J

M: massa : indica a massa do corpo que está suspenso. Sua unidade de medida de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI) é o quilograma (kg).

g: aceleração da gravidade: na maioria das questões é fornecido o valor de 10m/s², unidade de acordo com o SI.

H: altura: indica a distância entre dois níveis de referência. Geralmente é utilizado a distância do local do corpo ao solo. Sua unidade utilizada, de acordo com o SI é o metro (m).

Entendendo o significado da fórmula de Energia Potencial Gravitacional

A fórmula de energia potencial gravitacional mostra que a energia é proporcional à massa do corpo e à altura em que ele se encontra. Ou seja, quanto maior a massa do corpo, maior sua energia gravitacional, e quanto maior a altura em que se encontra, maior também a energia gravitacional.

Energia Mecânica - massa e altura

Energia Potencial Gravitacional – exercício resolvido

Para ilustrar um cálculo de energia potencial gravitacional, imagine o vídeo “Brincadeira de Rico é assim” visto acima. Vamos supor que a massa do boxeador que desce o escorrego logo no início do vídeo seja 93kg, que o escorrego está a uma altura de 15 metros do nível da piscina e que a aceleração da gravidade seja de 10m/s². Qual a energia potencial gravitacional do boxeador?

Solução:

Fórmula:  Epg = m.g.h

m = 93kg

g= 10m/s²

h = 15m

Cálculo:     Epg = m.g.h = 93.10.15 = 13950 J

Muito simples, não é? Vamos aprender agora sobre energia cinética para finalizar o conteúdo de energia mecânica.

Energia Mecânica Cinética ou Energia Cinética

Energia-Cinetica

A energia cinética é a energia associada ao movimento. Sempre que um corpo está em movimento, ou seja, está com velocidade, possui energia cinética. Perceba, portanto, que enquanto a energia potencial oferece capacidade ao corpo de entrar em movimento, a energia cinética já é a energia do corpo quando este entra em movimento, adquire velocidade.

Energia Mecânica - Energia Cinética

Observe os vídeos “Estilingue Humano” e “Brincadeira de Rico é assim” e perceba que em ambas situações a energia potencial se transformou em energia cinética.

Essa transformação de energia será vista mais abaixo.

COMO CALCULAR A ENERGIA CINÉTICA

Você sabe Calcular a Energia Cinética de um corpo em movimento?

Continue atento a este artigo, pois vou te ensinar isso agora!!

Energia Cinética Fórmula

Para calcular a energia cinética de um corpo em movimento, é preciso usar a fórmula da energia cinética abaixo.

Energia Mecânica - Fórmula de Energia Cinética

Onde:

Ec: Energia cinética (J)

M: massa (kg)

V: velocidade do corpo (m/s)

Perceba que a energia cinética é dependente do quadrado da velocidade, isso significa que o aumento da velocidade ou sua diminuição tem um efeito elevado no valor da energia cinética, já que a variação de velocidade vai ser elevada ao quadrado. Visualize a tabela abaixo:

Velocidade Energia Cinética Aumento / Diminuição
v Ec= mv²/2
2v Ec = m.(2v)²/2 = 4.mv²/2 Aumentou 4 vezes
3v Ec = m.(3v)²/2 = 9.mv²/2 Aumentou 9 vezes
4v Ec = m.(4v)²/2 = 16.mv²/2 Aumentou 16 vezes

Como pode-se ver na tabela, uma duplicação da velocidade aumenta a energia cinética em 4 vezes. Uma triplicação da velocidade, aumenta a energia cinética do corpo 9 vezes. Isto é devido ao quadrado da velocidade (v²), presente na fórmula.

Energia Cinética – Exercício Resolvido

Agora imagine que aquele mesmo boxeador que desce a rampa no vídeo “Brincadeira de Rico é assim”, adquira uma velocidade de 5m/s durante sua descida na rampa. Qual a energia cinética dele naquele momento? Lembre que massa dele é 93kg.

Vamos resolver?

Solução:

Fórmula:  Ec = m.v²/2

Dados:  m = 93kg ;        v= 5m/s

Cálculo:     Ec = m.v²/2 = 93.5²/2 = 1162,5J

Perceba que se sua velocidade aumentar, sua energia cinética aumentará ao quadrado, como visto na tabela acima.

Vamos resolver outra questão relacionada ao vídeo “estilingue humano”: imagine que o rapaz que come pizza enquanto anda no estilingue humano tenha uma massa de 73kg. Em determinado momento ele adquire uma velocidade de 20m/s. Qual a sua energia cinética?

Solução:

Fórmula:  Ec = m.v²/2

Dados:    m = 73kg;    v= 20m/s

Cálculo:     Ec = m.v²/2 = 73.20²/2 = 14600J

Fácil, não? Vamos adiante!

Transformação de Energia ( Conservação de Energia)

 

Como lhe falei antes a Energia Potencial causa a movimentação do corpo, fazendo-o adquirir velocidade e ganhar energia cinética. O que acontece nesse processo é que há, na verdade, uma transformação de energia potencial em energia cinética de tal forma que à medida que o corpo perde energia potencial, ele adquire o mesmo valor de energia cinética, mantendo sua quantidade total de energia mecânica conservada (constante). Observe a tabela abaixo:

Instante Energia Potencial Energia Cinética Energia mecânica
T1 24500J 0 24500
T2 23000 1500 24500
T3 4500 20000 24500

Perceba que à medida que o tempo passa (T1, T2, T3), a energia potencial diminui e é transformada em energia cinética. A energia cinética, por sua vez, adquire o mesmo valor de energia perdida pela energia potencial, de modo que a energia mecânica (potencial + cinética) mantém-se constante.

Maiores detalhes acesse o artigo sobre Conservação de Energia Mecânica. 

Energia Mecânica - Transporte, Motores e Bombas

trem-bala

Você aprendeu neste artigo que a Energia Mecânica é a energia associada ao movimento. Portanto sempre que necessitar movimentar um corpo ou um fluido (gás e líquidos) utilizará conhecimentos de energia mecânica. Desta forma, a movimentação de qualquer meio de transporte ( automóvel, trem, avião, navio, barco…) envolve conhecimentos de energia mecânica, assim como os motores, que são equipamentos que transformam energia elétrica em energia mecânica são usados para acionar esses dispositivos que não possuem propulsão própria. Perceba que carros, trens, aviões e navios possuem motores. A bomba de água por exemplo é um equipamento extremamente útil hoje em dia pois permite com que a água seja transportada para grandes distâncias, inclusive vencendo desníveis de vários metros de altura.

Está vendo como este assunto tem importância prática em nosso dia a dia?

Legal!

Apesar de podermos explorar ainda mais este conteúdo, hoje ficaremos por aqui. Já aprendemos muito conteúdo.

Baixe o mapa mental que facilitará seu aprendizado desta aula (Clicando aqui). Use-o sempre que necessitar revisar o conteúdo. Caso não consiga baixá-lo, clique neste link ao lado: 

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Você também pode comentar aqui embaixo e tirar suas dúvidas.  Adorarei ver sua participação e evolução no aprendizado.

Mas antes de fecharmos o artigo, vamos recapitular alguns pontos básicos.

Energia Mecânica - Recapitulando

Energia-Cinetica

Neste artigo você pode aprender que a Energia Mecânica é dividida em 3 tipos: Energia Potencial Elástica, Energia Potencial Gravitacional ou Energia Cinética. As duas primeiras são energias acumulados que geram expectativas de movimento e que causam este movimento. A energia cinética, por outro lado,é a energia associada a um corpo com velocidade.

Você aprendeu também que enquanto a Energia Potencial Elástica é associada a uma deformação da mola, a energia potencial gravitacional é associada à altura de desnível e a energia cinética é associada à velocidade do corpo.

Você aprendeu também a calcular as três energias e teve uma introdução do que é a conservação de energia.

Espero que você tenha curtido o conteúdo e não se esqueça de compartilhar com seus amigos e deixar algum comentário aqui embaixo.

Grande Abraço e Bons Estudos!

6 Comentários


  1. Com essa didática eu capitei melhor,olha que já estudei mecânica e procurei em outros sites e apostolas nem me interessou,a principio eu entrei em pânico pq coloca-se muitas coisas ,muito contéudo que preenche espaço desnecessário no cérebro e aqui está direto,simples e fácil de absorver,obrigado adorei me salvou.
    há tem outras matérias?

    Responder

    1. Que bom que gostou, Gil! Esta é a proposta do blog! Facilitar o conhecimento! Você tem interesse em algum assunto específico? Grande Abraço!

      Responder

  2. Nossa! Muito bom! Tenho um seminário pra apresentar hoje sobre este assunto e este site me ajudou bastante. Simples e completo. Thanks.

    Responder

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