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Energia

Nosso universo foi criado com uma quantidade de energia liberada no instante do Big Bang. De lá para cá, essa quantidade não se alterou em absolutamente nada. Estamos condenados a passar a eternidade, ou melhor, a duração do universo, com exatamente essa mesma quantidade de energia.

 

Toda a energia que existe por aí pode se apresentar de diversas formas. No momento, as que nos interessam são a energia cinética e as energias potenciais.

 

Energia Cinética (EC)

Conforme já visto, é a energia de movimento, e está presente sempre que algo se move. É a responsável pelo estrago sempre que colidimos com algo, e também é ela que produz nossa energia elétrica quando, nas usinas hidrelétricas, a água cai da represa, acionando as turbinas.

 

 

Energia Potencial (EP)

Energia potencial ou de posição é uma forma de energia ligada à posição do corpo ou de parte dele em relação a dado referencial. Vejamos alguns exemplos abaixo.

 

Energia Potencial Gravitacional

Consideremos um corpo em determinado ponto dentro de um campo de gravidade. Em qualquer local onde se localize, ele terá uma determinada quantidade de energia potencial. Quanto maior a altura, mais energia, por isso que se diz: “Quanto mais alto, pior é o tombo”. Quanto maior a massa do corpo, maior também será sua quantidade de energia.

 

 

Experimente colocar um pedregulho que se encontra no solo sobre uma mesa. Agora repita o procedimento com um saco de cimento. Você acaba de descobrir que a energia potencial de gravidade é proporcional à massa do corpo. Imagine então colocar o mesmo saco de cimento sobre o telhado de sua casa. Assim você descobre que a energia potencial de gravidade é proporcional à altura.

 

Ao usar a fórmula acima, lembre-se sempre de que, para medir a altura, faz-se necessário um referencial em que h = 0. Acima desse referencial, a Ep será positiva, e, abaixo dele, será negativa. Como toda forma de energia no SIU, a energia potencial é medida em Joules (J).

 

Saiba Mais!

Se você leva um tombo, não sairá incólume. Arranhões e hematomas são o mínimo que acontecerá. Por outro lado, uma criança aprendendo a andar, ali pelos 10 meses de idade, leva tombos a todo instante, sem se machucar. Elas gostam principalmente de, estando em pé, deixarem-se cair sentadas no solo; elas fazem isso e acham graça. Tente fazer também. Acho melhor não! A pancada vai ser feia. No mínimo, você ficará sem fala por alguns instantes e seu traseiro não vai apreciar a brincadeira. Por quê? É tudo uma questão de energia potencial gravitacional. 

 

A criança tem pequena massa e pequena altura, e o resultado é uma quantidade de energia potencial mínima. Ela pode cair sem sofrer danos. Você tem massa bem maior e altura também, isso resulta em mais energia potencial de gravidade e, em consequência, maiores danos.

 

Energia Potencial Elástica

Energia potencial elástica ou energia de deformação é uma forma de energia armazenada toda vez que um corpo deforma-se elasticamente, como, por exemplo, o elástico de um estilingue ou o arco que dispara uma flecha, ou ainda uma mola deformada.

 

Molas

Quando se aplica uma força sobre um corpo e este se deforma, podemos classificar essa deformação em dois grandes grupos: (a) aquelas em que, cessada a força, o corpo volta ao normal, chamadas de deformações elásticas; ou (b) aquelas que deformam de forma permanente, chamadas de deformações plásticas. Todo corpo elasticamente deformado é uma mola.

 

Constante Elástica (K)

A constante elástica é uma medida da capacidade de uma mola de resistir a uma força deformante. A mola de sua lapiseira tem uma pequena constante elástica. Uma pequena força basta para deformá-la. A mola do amortecedor de um carro, por outro lado, tem uma grande constante elástica, e é preciso uma grande força para ser deformada. 

 

A força exercida sobre uma mola deformada é proporcional à deformação sofrida e a sua constante elástica. Chamamos isso de Lei de Hooke.

Aqui temos o seguinte:

F = força;

k = constante elástica da mola (medida em N/m); 

x = deformação sofrida.

 

Faça o seguinte experimento: usando um elástico qualquer, estique-o alguns poucos centímetros. Observe que ele reage tentando voltar, aplicando uma força em suas mãos enquanto “tenta” retomar sua forma original. Aumente a deformação esticando-o mais ainda. Percebeu o que acontece com a força feita por ele? Ela aumenta. É a lei de Hooke em ação: quanto maior a deformação, maior a força aplicada.

 

Visualização Gráfica

De acordo com a Lei de Hooke, construindo um gráfico da força (F) em função da deformação (x), obtemos:

 

 

Como trabalho é variação de energia (#\omega =\Delta E#)  e #\omega =F\cdot d#, concluímos que, no gráfico acima, a área sob a curva é uma medida de energia. Observe que em qualquer gráfico, o produto do par de eixos é numericamente igual à área sob a curva.

 

A figura abaixo da curva é um triângulo, logo sua área é:

 

 

Em Resumo

A energia pode se manifestar de diversas formas. Na mecânica, interessam-nos particularmente a energia cinética e duas diferentes formas de energia potencial, que são a energia potencial gravitacional e a energia potencial elástica. As equações para trabalhar com cada uma dessas formas de energia são as seguintes:

 

  • Energia cinética:  

 

  • Energia potencial gravitacional:  

    

  • Energia potencial elástica:  

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