2 mv 2 kx
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AULA 03<br />
ENERGIA MECÂNICA<br />
1- ENERGIA<br />
Propriedade de um sistema de realizar trabalho.<br />
Existem várias formas de energia, energia elétrica,<br />
energia química, energia térmica, energia nuclear,<br />
energia mecânica, etc.<br />
Não tentaremos definir energia, e sim, relacionarmos<br />
certas propriedades que um corpo possui quando tem<br />
energia.<br />
Daremos ênfase para a energia mecânica que pode se<br />
manifestar sob a forma de energia cinética e energia<br />
potencial.<br />
E = E + E<br />
( mecânica)<br />
( cinética)<br />
( potencial)<br />
2-ENERGIA CINÉTICA<br />
A energia cinética de um corpo é uma manifestação de<br />
energia mecânica, todo corpo que tem movimento, tem<br />
energia cinética dada por:<br />
<strong>mv</strong><br />
E( cinética ) =<br />
2<br />
3- ENERGIA POTENCIAL<br />
A energia potencial de um corpo é uma manifestação<br />
de energia mecânica, todo corpo que tem o potencial de<br />
adquirir energia cinética, ou seja, de entrar em<br />
movimento, tem energia potencial.<br />
Existem dois tipos de energia potencial: a gravitacional<br />
e a elástica.<br />
Quando seguramos um livro de massa m, de uma altura<br />
h em relação ao solo, num local onde a aceleração da<br />
gravidade é g, este livro pode adquirir movimento em<br />
relação ao solo, portanto, em relação ao solo ele tem<br />
energia potencial gravitacional, ou energia de altura,<br />
que é igual ao trabalho da força peso quando o corpo se<br />
desloca até o solo, dada por:<br />
( ) mgh<br />
E gravitacio nal =<br />
4- ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA<br />
2<br />
Quando atiramos uma pedra através de um estilingue,<br />
esta adquire movimento, pois tem energia potencial<br />
elástica, que é igual ao trabalho da força elástica, dada<br />
por :<br />
<strong>kx</strong><br />
E( elástica ) =<br />
2<br />
K = constante elástica da mola<br />
X = deformação da mola<br />
5- SISTEMA CONSERVATIVO<br />
Um sistema é conservativo quando nele atuam somente<br />
forças conservativas, ou seja, forças cujo trabalho<br />
independe da trajetória, logo, nos sistemas<br />
conservativos não há dissipação de energia mecânica, a<br />
energia mecânica se conserva.<br />
E = E<br />
( inicial)<br />
( final)<br />
A energia mecânica de um sistema num determinado<br />
ponto é dada pela soma da energia cinética e da energia<br />
potencial.<br />
E = E + E<br />
( mecânica)<br />
( cinética)<br />
( potencial)<br />
EXERCÍCIOS DE AULA<br />
QUESTÃO 01<br />
• A força peso é um exemplo de força<br />
conservativa.<br />
• A força de atrito de escorregamento é um<br />
exemplo de força conservativa.<br />
• Se dois corpos estão à mesma altura de um<br />
plano de referência, eles apresentam<br />
necessariamente a mesma energia potencial<br />
em relação à referência citada.<br />
• O trabalho realizado contra o peso de um<br />
corpo é dado pela variação de sua energia<br />
potencial.<br />
• Um corpo que se encontra a determinada<br />
altura em relação a um plano de referência<br />
pode, ao cair, dar lugar à realização de um<br />
trabalho. Portanto, por estar na citada posição,<br />
apresenta energia potencial em relação ao<br />
plano de referência.<br />
2
QUESTÃO 02<br />
• A energia potencial gravitacional independe<br />
do referencial adotado.<br />
• Para deformar uma mola, é preciso aplicar na<br />
mesma uma força que realiza um trabalho<br />
sobre a mola. Esse trabalho fica armazenado<br />
na mola sob forma de energia potencial<br />
elástica.<br />
• A energia potencial elástica é diretamente<br />
proporcional à deformação.<br />
• Se duplicarmos a compressão de uma mola,<br />
sua energia potencial quadruplica.<br />
• A força elástica é uma força conservativa.<br />
QUESTÃO 03<br />
• A energia potencial numa dada posição, em<br />
relação à referência adotada, caracteriza a<br />
capacidade de realizar trabalho que uma<br />
partícula apresenta em virtude de estar nessa<br />
posição.<br />
• Quando uma partícula de massa m se acha a<br />
uma altura H, em relação a um nível de<br />
referência, a energia potencial gravitacional<br />
da partícula em relação a esse nível de<br />
referência é expressa pelo produto mgH.<br />
• Chama-se energia mecânica de uma partícula<br />
a soma das suas energias cinética e potencial<br />
• Quando uma partícula está sob a ação<br />
exclusiva de forças conservativas, sua energia<br />
mecânica permanece constante.<br />
• Quando uma partícula realiza um movimento<br />
harmônico simples, sua energia mecânica<br />
permanece constante ao longo da trajetória.<br />
QUESTÃO 04<br />
• A energia potencial não pode ser transformada<br />
em energia cinética.<br />
• Você joga uma pedra verticalmente para cima,<br />
a energia cinética do corpo é máxima no<br />
momento em que ele sai da sua mão.<br />
• Durante a queda de corpo no vácuo a energia<br />
mecânica do corpo permanece constante.<br />
• A energia potencial gravitacional é tanto<br />
maior quanto menor for a energia cinética.<br />
• Não é possível determinar a energia mecânica<br />
da partícula quando a sua energia cinética é<br />
nula.<br />
QUESTÃO 05<br />
• Em quaisquer circunstâncias a energia<br />
mecânica de uma partícula é constante.<br />
• Considere um bloco preso numa mola e<br />
apoiado numa superfície horizontal sem atrito.<br />
Posto a oscilar, esse sistema só apresentará<br />
energia mecânica constante se desprezarmos<br />
a resistência do ar.<br />
• O tempo empregado por uma partícula para se<br />
deslocar de uma posição para outra pode ser<br />
determinado diretamente a partir da expressão<br />
que caracteriza a conservação de energia<br />
mecânica..<br />
• A energia potencial de uma partícula em<br />
movimento harmônico simples é diretamente<br />
proporcional à elongação da partícula.<br />
• A energia mecânica de uma partícula em<br />
movimento harmônico simples é proporcional<br />
ao quadrado da amplitude do movimento.<br />
QUESTÃO 06<br />
• A energia de um sistema indica a capacidade<br />
que tem este sistema de realizar trabalho. Em<br />
outras palavras, energia é tudo aquilo que se<br />
pode transformar em trabalho, ou que resulta<br />
de uma transformação de trabalho.<br />
• A energia cinética ou energia de movimento<br />
de uma partícula, em relação a um<br />
•<br />
determinado referencial, é igual á metade do<br />
produto da massa da partícula pelo quadrado<br />
de sua velocidade.<br />
Uma força conservativa realiza um trabalho<br />
total igual a zero quando seu ponto de<br />
aplicação percorre uma trajetória fechada.<br />
• Quando uma mola sofre uma deformação x, a<br />
energia potencial elástica da mola é dada pela<br />
expressão<br />
K x<br />
2<br />
2<br />
sendo K a constante<br />
elástica da mola.<br />
• O princípio da conservação da energia<br />
mecânica diz que , quando uma partícula está<br />
sujeita exclusivamente à ação de forças<br />
conservativas, sua energia mecânica<br />
permanece constante.<br />
QUESTÃO 07<br />
• Quando uma partícula se desloca de uma<br />
posição para outra com a participação de<br />
forças não conservativas, há uma variação da<br />
energia mecânica da partícula, igual ao<br />
trabalho realizado pelas forças não<br />
conservativas.<br />
• Uma pessoa dormindo tem energia cinética<br />
nula.
• Um automóvel percorre uma estrada<br />
horizontal com velocidade constante, portanto<br />
a sua energia cinética não varia. Se não há<br />
variação da energia cinética, não há realização<br />
de trabalho sobre o automóvel.<br />
• Duas lagartixas idênticas estão no teto de uma<br />
sala, logo elas têm a mesma energia potencial.<br />
• A energia não pode ser criada nem destruída<br />
mas apenas transformada de uma forma em<br />
outra, a energia total é sempre constante.<br />
QUESTÃO 08<br />
• A energia cinética nunca será negativa.<br />
• A energia cinética depende do referencial<br />
adotado.<br />
• O gráfico representa a energia cinética de um<br />
corpo versus velocidade.<br />
• O gráfico representa a energia cinética de um<br />
corpo versus o quadrado de sua velocidade.<br />
• O valor da energia potencial de gravidade<br />
(mgh) depende de h e, portanto, depende da<br />
posição do plano de referência adotado, porém<br />
a variação de energia potencial de gravidade<br />
(DEp=mgDh) não depende da posição do<br />
plano de referência adotado.<br />
QUESTÃO 09<br />
• Para medirmos a energia potencial de<br />
gravidade associada à corpos extensos<br />
devemos usar a altura H do centro de<br />
gravidade do corpo.<br />
• O corpo da figura abaixo é colocado em duas<br />
posições I e II.<br />
Sua energia potencial gravitacional é a mesma nas duas<br />
posições.<br />
• O gráfico representa a energia potencial de<br />
gravidade versus a altura.<br />
A declividade da reta que representa a função EP =f(H)<br />
mede o peso P do corpo.<br />
• Quando um corpo está posicionado abaixo do<br />
plano de referencia adotado sua energia<br />
potencial gravitacional é negativa.<br />
QUESTÃO 10<br />
• Energia potencial elástica nunca é negativa.<br />
• Em um sistema de forças não conservativo,<br />
não há variação da energia mecânica total.<br />
• Quando empurramos um bloco para cima em<br />
um plano inclinado com velocidade constante,<br />
a energia mecânica do bloco permanece<br />
constante e sistema é dito conservativo.<br />
• Quando há uma explosão, há libertação de<br />
energia química ou nuclear, havendo aumento<br />
da energia mecânica.<br />
• Quando existem, no sistema, forças<br />
dissipativas, como a força de resistência do ar,<br />
a força de atrito, a força viscosa de líquidos,<br />
há diminuição da energia mecânica, com a<br />
transformação, principalmente, em energia<br />
térmica.<br />
GABARITO<br />
1 2 3 4 5<br />
VFFVV FVFVV VVVVV VVVVF FVFFV<br />
6 7 8 9 10<br />
VVVVV VFFFV VVVVV VFVVV VFFVV