Energia e movimetnos - Energia e sua conservação
Física e Química A | 10.º ano de escolaridade
Docente: Marília Silva Soares 1
- Energia e tipos fundamentais de energia. Energia interna
- Transferências de energia
Física e química A - 10.º ano de escolaridade
Física e Química A | 10.º
ano de escolaridade2Docente: Marília S. Soares
Conteúdos
Objetivo geral: Compreender em que condições um sistema pode ser representado pelo seu centro de massa e
que a sua energia como um todo resulta do seu movimento (energia cinética) e da interação com outros
sistemas (energia potencial); interpretar as transferências de energia como trabalho em sistemas mecânicos, os
conceitos de força conservativa e de força não conservativa e a relação entre trabalho e variações de energia,
reconhecendo situações em que há conservação de energia mecânica.
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
Energia e movimetnos - Energia e sua conservação
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ano de escolaridade3Docente: Marília S. Soares
Competências
• Indicar que um sistema físico (sistema) é o corpo ou o conjunto de corpos em estudo.
• Associar a energia cinética ao movimento de um corpo e a energia potencial (gravítica, elétrica, elástica) a
interações desse corpo com outros corpos.
• Aplicar o conceito de energia cinética na resolução de problemas envolvendo corpos que apenas têm movimento de
translação.
• Associar a energia interna de um sistema às energias cinética e potencial das suas partículas.
• Identificar um sistema mecânico como aquele em que as variações de energia interna não são tidas em conta.
• Indicar que o estudo de um sistema mecânico que possua apenas movimento de translação pode ser reduzido ao
de uma única partícula com a massa do sistema, identificando-a com o centro de massa.
• Identificar trabalho como uma medida da energia transferida entre sistemas por ação de forças e calcular o trabalho
realizado por uma força constante em movimentos retilíneos, qualquer que seja a direção dessa força, indicando
quando é máximo.
• Enunciar e aplicar o Teorema da Energia Cinética.
• Definir forças conservativas e forças não conservativas, identificando o peso como uma força conservativa.
• Aplicar o conceito de energia potencial gravítica ao sistema em interação corpo + Terra, a partir de um valor
• para o nível de referência.
• Relacionar o trabalho realizado pelo peso com a variação da energia potencial gravítica e aplicar esta relação na
resolução de problemas.
• Definir e aplicar o conceito de energia mecânica.
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
ENERGIA – CONCEITO
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I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. ENERGIA E MOVIMENTOS
Energia e movimetnos - Energia e sua conservação
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I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
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ano de escolaridade5Docente: Marília S. Soares
O conceito de energia
A energia está sempre presente na linguagem do nosso dia-a-dia.
Energia, calor e temperatura são palavras que muito utilizamos, de forma indiscriminada,
mas que têm significados muito diferentes.
Dizemos:
• O petróleo é energia…
• a energia está a esgotar-se…
• nesta sala está muito calor….… quando deveriamos dizer:
… o petróleo é uma fonte de energia;
… certas formas de energia estão a esgotar-se;
… nesta sala a temperatura está muito elevada.
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ano de escolaridade6Docente: Marília S. Soares
O conceito de energia (cont.)
Outras situações do dia-a-dia em que é utilizada a palavra energia.
“Os jogadores estão
cheios de energia!”
“A Constança está
recuperando energias!”
“Estou muito cansado,
estou sem energia!”
Nestas situações associa-se energia a saúde ou actividade.
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
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ano de escolaridade7Docente: Marília S. Soares
O conceito de energia (cont.)
Diariamente, ouves e lês frases como:
O carvão é uma energia
poluente.
Nestas frases. A palavra energia é utilizada como sinónimo de fonte de energia.
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
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ano de escolaridade8Docente: Marília S. Soares
O conceito de energia (cont.)
A energia é uma propriedade de todos os corpos, que se manifesta de
diferentes formas, sendo detectada pelos efeitos que produz.
A energia de um sistema pode ser medida ou calculada.
A energia é uma grandeza escalar que se exprime, no SI, em joule (J)
As unidades práticas de energia são a caloria (cal) e o quilowatt-hora
(KW.h).
Utiliza-se como múltiplo da caloria a quilocaloria (Kcal)
JKW.h
JkW.h
W.h J
63,6x10 1
000 600 3 1
11
KJKcal
J c
4,18 1
18,4al1
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
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ano de escolaridade9Docente: Marília S. Soares
Manifestações de energia
A energia manifesta-se de diferentes maneiras, e toma diferentes designações de
acordo com os efeitos que produz:
Energia radiante Energia eléctricaEnergia mecânica
/motora
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ano de escolaridade10Docente: Marília S. Soares
Manifestações de energia (cont.)
Energia Química Energia SonoraEnergia Térmica
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ano de escolaridade11Docente: Marília S. Soares
Fontes de energia
A fonte de energia é um sistema que
fornece energia a outros sistemas com os
quais interage.
Podemos classificar a
energia quanto às suas
manifestações, e
também como às suas
fontes.
ENERGIAENERGIA
O Sol é a nossa fonte de energia!
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
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ano de escolaridade12Docente: Marília S. Soares
Fontes de energia (cont.)
As fontes de energia podem classificar-se como:
Primárias Secundárias
Encontram-se na
natureza e podem ser
utilizadas diretamente.
Obtêm-se a partir de outras
fontes de energia por ação
humana.
Renováveis Não renováveis
Gasóleo
Petróleo refinado
Gasolina
Gás butano
Gás propano
Eletricidade
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ano de escolaridade13Docente: Marília S. Soares
Fontes de energia (cont.)
As fontes de energia primárias podem classificar-se como:
Renováveis Não renováveis
• O Sol;
• O vento;
• As ondas e as marés;
• A energia hídrica;
• A geotermia;
• A biomassa;
• O biogás
• Combustíveis fósseis:
carvão;
petróleo;
gás natural.
• Urânio
Primárias
São as que se renovam continuamente sendo
inesgotáveis. Contribuem para a
sustentabilidade do planeta
São as aquelas cujas reservas se esgotam,
uma vez que o seu processo de formação é
muito lento, quando comparado com o seu
consumo; são recursos limitados
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
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ano de escolaridade14Docente: Marília S. Soares
Fontes de energia Primárias (cont.)
R
e
n
o
v
á
v
e
i
s
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ano de escolaridade15Docente: Marília S. Soares
Fontes de energia Primárias(cont.)
N
ã
o
r
e
n
o
v
á
v
e
i
s
Combustíveis Fosseis
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
FORMAS DE ENERGIA E ENERGIAINTERNA
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ano de escolaridadeDocente: Marília S. Soares 16
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I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. ENERGIA E MOVIMENTOS
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Docente: Marília Silva Soares 9
Física e Química A | 10.º
ano de escolaridade17Docente: Marília S. Soares
Sistema, vizinhança e fronteira
•Um sistema é uma parte do Universo que se pretende estudar. Um sistema pode ser classificado
como aberto, fechado ou isolado, tendo em conta se ocorrem trocas de energia e matéria com o
exterior.
•A Vizinhança é o resto do Universo que rodeia o sistema.
•A fronteira é a linha que separa o sistema do universo
vizinhança
Sistema
Fronteira
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
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ano de escolaridade18Docente: Marília S. Soares
Formas de energia
Todos os sistemas possuem energia.
A energia é uma só e só assume duas formas fundamentais designadas por:
Energia cinética (Ec) Energia potencial (Ep)
É a forma de energia associada ao
movimento e depende da velocidade (v) a
que o corpo se desloca e da sua massa (m).
É a energia que se encontra armazenada nos
corpos e deve-se à interacção entre as partículas
que o constituem.
Existem várias formas de energia potencial:
• Energia potencial gravítica (Epg);
• Energia potencial elástica (Epe);
•Energia potencial elétrica (Ep.elet.)
• Energia potencial magnética (Epm);
• Energia potencial química (Epq).
A soma da energia cinética (Ec) com a energia
potencial (Ep) constitui a energia total do sistema
– a energia mecânica (Em) :
Em= EC + Ep
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Energia – Fontes e Formas de energia
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ano de escolaridade19Docente: Marília S. Soares
Formas de energia
Energia cinética (Ec)
Se dois corpos tiverem a mesma massa, o
que tiver maior velocidade é o que tem
maior energia cinética
Se dois corpos tiverem massas diferentes, e se
deslocarem à mesma velocidade, tem maior
energia cinética o que tiver maior massa.
2
2
1vmEc
Quanto maior for a massa (em kg) ou a velocidade (em m/s) de um
corpo, maior é a energia cinética (em J) que ele possui
BA cc
BABA
EE
vvmm
,
BA cc
BABA
EE
vvmm
,
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
Energia – Fontes e Formas de energia
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ano de escolaridade20Docente: Marília S. Soares
Formas de energia
Energia cinética (Ec)
Exemplo:
1. Considera duas bolas, de massas iguais (5 kg) e com velocidades de 10 m/s e 7 m/s,
respetivamente.
Qual a bola com maior energia cinética?
2. Considera duas bolas diferentes que se deslocam à mesma velocidade.
Qual a bola que tem maior energia cinética?
2
2
1vmEc
BA cc
BABA
EE
vvmm
,
BA cc
BABA
EE
vvmm
,
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentosI – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃO
I.1. Energia e movimentos
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Energia – Fontes e Formas de energia
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ano de escolaridade21Docente: Marília S. Soares
Formas de energia
Energia potencial gravítica (Epg)
A energia potencial gravítica resulta da interação dos
corpos com a Terra; depende da massa (m) do corpo e da
distância (h) a que ele se encontra da terra.
gmhE pg
Tendo duas bolas de massas diferentes, à
mesma altura, a de maior massa tem maior
energia potencial gravítica.
Tendo duas bolas de massas iguais, a bola a
maior altura tem maior energia potencial
do que a bola a menor altura.
BA pgpg
BABA
EE
hhmm
,
BA pgpg
BABA
EE
hhmm
,
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
Energia – Fontes e Formas de energia
Física e Química A | 10.º
ano de escolaridade22Docente: Marília S. Soares
Formas de energia
Energia potencial gravítica (Epg)
Exemplo
1. Considera dois corpos de massas diferentes, 3 kg e 7 kg respetivamente, mas à mesma altura
do solo (8 m). Qual o corpo que tem maior energia potencial gravítica?
2. Considera dois corpos de massas iguais (6 kg) e a alturas diferentes de 3 e 8 m, respetivamente.
Qual o corpo que tem maior energia potencial gravítica?
gmhE pg
BA pgpg
BABA
EE
hhmm
,
BA pgpg
BABA
EE
hhmm
,
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
Energia e movimetnos - Energia e sua conservação
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Energia – Fontes e Formas de energia
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ano de escolaridade23Docente: Marília S. Soares
Energia interna
Para estudar a energia total de um sistema tem de se contabilizar uma energia que tem em conta a
estrutura do sistema que é constituído microscopicamente por muitas partículas e que é uma
propriedade do sistema - Energia interna.
Para a energia interna contribuem duas formas básicas de energia:
• a energia potencial interna – que resulta das várias interações entre as partículas que
constituem o sistema a nível microscópico;
• a energia cinética interna – associada ao movimento dessas mesmas partículas.
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
Energia – Fontes e Formas de energia
Física e Química A | 10.º
ano de escolaridade24Docente: Marília S. Soares
Energia interna
Um aumento de cada uma dessas parcelas (massa e temperatura) contribui para o aumento da energia
interna do sistema.
Energia total (Etotal) de um sistema corresponde à soma da energia mecânica, macroscópica, com a
energia interna, microscópica:
Etotal = Em + Ei
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Docente: Marília Silva Soares 13
Física e Química A | 10.º
ano de escolaridade25Docente: Marília S. Soares
Energia interna
Energia interna de um sistema
resulta
Da energia cinética das partículas do sistema
Da energia potencial associada às interações entre essas partículas
depende
Da agitação corpuscular das partículas e,
portanto, da temperatura do sistema
Do número de partículas do sistema (quanto
maior for a quantidade de matéria no sistema,
maior será a sua energia interna.
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SISTEMA MECÂNICOMODELO DA PARTÍCULA MATERIAL
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ano de escolaridadeDocente: Marília S. Soares 26
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Docente: Marília Silva Soares 14
Física e Química A | 10.º
ano de escolaridade27Docente: Marília S. Soares
Sistema Mecânico e Modelo do centro de massa
Quando se consideram sistemas em que as variações de energia interna não são tidas em conta e
apenas se consideram alterações na energia mecânica estes sistemas são considerados por
sistemas mecânicos.
Estudar o movimento de um sistema mecânico
implica estudar movimento de todas as
partículas que o constituem
Considera-se o sistema como uma
única partícula onde se encontra toda
a massa.
Centro de massa: ponto que representa um sistema e a que se associa a massa desse sistema.
Consideram-se aplicadas nesse ponto todas as forças que atuam sobre o sistema.
Quando um sistema é representado pelo centro de massa – o chamado modelo do centro de
massa (ou modelo da partícula material) – diz-se que o sistema foi reduzido a uma partícula
I – ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃOI.1. Energia e movimentos
Física e Química A | 10.º
ano de escolaridade28Docente: Marília S. Soares
Sistema Mecânico e Modelo do centro de massa
Modelo do centro de massa aplica-se:
• a sistemas mecânicos constituídos por sólidos indeformáveis em movimentos de translação.
• quando não se tem em conta variações de energia interna do sistema.
Em qualquer sistema mecânico, o centro de massa move-se como um ponto isolado de massa total
do sistema no qual atua uma força igual à soma vetorial de todas as forças exteriores aplicadas.
Limitações:
• Ignora variações de energia interna;
• Não permite o estudo dos movimentos de rotação (nem das deformações do sistema).
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