Mecânica

Energia Física Augusto Melo

Energia

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1 Conceito

2 Tipos

3 Matrizes Energéticas

4 Unidades de Energia

5 Energia Cinética

6 Energia Potencial

7 Energia Mecânica

8 Diagramas de Energia

9 Energia Dissipada

10 Teorema da Energia

11 Sistemas Mecânicos

12 Resumo

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Apesar de ser usada em vários contextos diferentes e ser uma grandeza primitiva, o uso científico da palavra energia tem um significado bem definido e preciso: Potencial inato para executar trabalho ou realizar uma ação. Qualquer coisa que esteja trabalhando, movendo outro objeto ou aquecendo-o, por exemplo, está gastando (transferindo) energia. Energia é um dos conceitos essenciais da Física e pode ser encontrado em todas as suas disciplinas (mecânica, termodinâmica, eletromagnetismo, mecânica quântica, etc.), assim como em outras disciplinas, particularmente na Química e na Geografia.

Definição de Energia

A energia desempenha um papel essencial em todos os setores da vida, sendo a grandeza mais importante da Física.

A energia é uma grandeza única, mas, dependendo de como se manifesta, recebe diferentes denominações: • energia térmica; • energia luminosa; • energia elétrica; • energia química; • energia mecânica; • energia atômica, entre outras.

Tipos de Energia

Fontes de Energia

ENERGIA SOLAR

BIOMASSA

GEOTÉRMICA

MARE MOTRIZ

QUÍMICA

Principais Unidades de Energia

A unidade de energia definida pelo Sistema Internacional de Unidades é o joule (J), que se define como o trabalho realizado por uma força de um Newton num deslocamento de 1 m.

Outras unidades:

• Caloria (cal): é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de um grama de água de 14,5 a 15,5 graus Celsius. Um joule equivale a 0,24 calorias.

• Quilowatt-hora (kWh): é usada habitualmente nos términos de consumo elétrico (1 kWh = 3,6 . 106 J).

• BTU (British Thermal Unit): Unidade térmica britânica 1 BTU = 252,2 calorias.

• Elétron-volt (eV): É a quantidade de energia cinética ganha por um único elétron (elétron) quando é acelerado por uma diferença de potencial elétrico de um volt, no vácuo (1 eV = 1,6 . 10–19 J).

Tipos de Energia

A energia cinética é a energia que está relacionada com o estado de movimento de um corpo. Este tipo de energia é uma grandeza escalar que depende da massa e do módulo da velocidade do corpo em questão. Quanto maior o módulo da velocidade do corpo, maior é a energia cinética. Quando o corpo está em repouso, ou seja, o módulo da velocidade é nulo, a energia cinética é nula.

2

2c

m vE

Energia cinética

m = massa

v = velocidade

cE

Tipos de Energia

Energia potencial é a forma de energia associada à posição que um corpo ocupa (energia potencial gravitacional) ou associada à deformação de um sistema elástico (energia potencial elástica).

pE m g H 2

2p

k xE

Energia potencial

m = massa

g = aceleração da gravidade

H = desnível (altura)

k = constante elástica da mola

x = deformação (elogação) da mola

pE

Conservação da Energia Mecânica

Energia mecânica é a energia que pode ser transferida por meio de força. A energia mecânica permanece constante na ausência de forças dissipativas, apenas ocorre a conversão entre suas formas cinética e potencial.

m c pE E E

2

2

máx

m

k xE

2

2

máx

m

m vE

0x0v

Diagramas de Energia

A energia potencial de uma mola é função do 2º grau em x, logo o gráfico é uma parábola, assim as representações das energias cinética e potencial gravitacional também serão uma parábola.

mecânicaE

potencialE

cinéticaE

0 máxxmáxx

E

x

Sistemas Dissipativos

O princípio da conservação da energia aplica-se somente a fenômenos mecânicos, em condições ideais. Nas transferências reais de energia entre dois sistemas, há sempre ou quase sempre "perdas" de energia, embora estas sejam, por vezes, tão pequenas que são desprezadas. A energia que não é aproveitada diz-se que é dissipada, não podendo, por este motivo, ser mais utilizada. Na maioria dos sistemas, parte da energia é perdida através do aquecimento, em função do atrito entre suas moléculas.

atd F

Q m LE Q

Q m cT

Tipos de Energia

Considerando o corpo como um ponto material, podemos afirmar que a variação da energia cinética de um corpo entre dois instantes é medida pelo trabalho da resultante entre os instantes considerados.

ET

0E E T

atdissipada FE T

0

Energia final

Energia inicial

E = variação da energia

m = massa

v = velocidade

= trabalho (W) da força

E

E

T

Tipos de Sistemas

A energia não pode ser criada ou destruída, mas unicamente transformada. O aparecimento de determinada forma de energia é sempre acompanhado do desaparecimento de outra forma de energia em igual quantidade.

0

0

0

0 0

0 0

at

at at

at F

m m

at F F d

m m

m m Dissipada

FConservativo

E E

Sistema F E

Dissipativo E E

E E E

T

T T

Resumo

0

2

2

22

2

2

2 2

at

c

p

p

m c p

máxm

d F

m m

m vCinética E

Gravitacional E m g H

Potencial k xElástica E

EnergiaE E E

Mecânica m vk AE

Q m LDissipada E Q

Q m c

Conservativo E ESistema

Dissipa

T

0m m Dissipadativo E E E

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