ENERGIA CINÉTICA

Energia é a capacidade de realizar trabalho. Energia cinética está associada ao movimento do corpo (cine = movimento). Quando a força resultante (F) que atua sobre o carro de massa m é não nula, esta imprime uma aceleração a, fazendo com que haja variação da velocidade do corpo. Quanto maior a velocidade do carro, maior a energia cinética. Considerando um caminhão que tivesse a mesma velocidade do carro, mas possui maior massa, maior também será o trabalho realizado, ou seja , maior a energia cinética. Você pode observar esta situação em uma colisão do carro e do caminhão com um poste. Na colisão do caminhão com o poste, o trabalho é maior, do que o do carro com o poste. Obviamente o carro vai ficar mais danificado.

Vamos calcular o trabalho realizado por esta força quando há um deslocamento na direção (x), sobre uma superfície que não apresente atrito.

O trabalho realizado pela força F é dado como sendo o produto da força (F) pelo deslocamento (x):

A metade do produto da massa pelo quadrado da velocidade é a energia cinética (E_c) do corpo:

Um disco girando certamente tem energia cinética devido ao seu movimento de rotação.Mas a formula E_c=( m v²)/2 é o movimento do centro de massa do objeto (translação), no caso nula. Assim, devemos obter outra relação que associe a energia ao movimento de rotação do disco.

Trataremos o disco como uma coleção de partículas com diferentes velocidades. Somando as energias cinéticas de cada partícula encontraremos a energia cinética do corpo como um todo.

Um problema é que nessa equação as velocidades vi são diferentes para partículas diferentes. Substituindo v = ώr onde ώ é a velocidade angular e r é a distância do eixo de rotação.

A grandeza entre parênteses nos diz de que forma está distribuída a massa ao redor do eixo de rotação. Ela é chamada de momento de inércia I do corpo e. Essa grandeza depende do corpo rígido e de seu próprio eixo de rotação. Assim:

Nas equações de energia cinética de translação e de rotação a sempre um fator de 1/2. Enquanto a massa m aparece em uma equação a distribuição da massa I em torno do eixo de rotação aparece na outra, e nas duas equações contém um fator quadrado de uma velocidade (translacional v, rotacional ώ). As energias cinéticas de translação e de rotação não são tipos diferentes de energia, as duas são expressas em formas apropriadas ao movimento em questão.

Quando um objeto de massa m está a uma determinada altura em relação a um nível de referência, ele tem capacidade de realizar um trabalho; esta energia associada à posição que o objeto está que é denominada energia potencial gravitacional (E_p). A energia potencial gravitacional (E_p) é calculada como sendo o produto do peso do objeto pela altura que ele está em relação a um nível de referência:

Outro tipo de energia potencial é aquela associada à posição da mola quando ela está sendo comprimida ou esticada; esta energia potencial associada à deformação da mola é denominada energia potencial elástica (E_{p elástica}). Esta energia é calculada como sendo o produto da constante elástica (k) da mola pelo quadrado da deformação (x):

Não existe somente as energias potenciais gravitacional e elástica; há também as energias potenciais elétrica, química, nuclear.

A energia mecânica (E_mec) de um sistema é a soma da energia cinética e da energia potencial. Quando um objeto está a uma altura h, como já foi visto, ele possui energia potencial; à medida que está caindo, desprezando a resistência do ar, a energia potencial gravitacional do objeto que ele possui no topo da trajetória vai se transformando em energia cinética e quando atinge o nível de referência a energia potencial é totalmente transformada em energia cinética (fig.). Este é um exemplo de conservação de energia mecânica.

A energia mecânica (E_mec) de um sistema é a soma da energia cinética e da energia potencial.

Quando um objeto está a uma altura h, como já foi visto, ele possui energia potencial; à medida que está caindo, desprezando a resistência do ar, a energia potencial gravitacional do objeto que ele possui no topo da trajetória vai se transformando em energia cinética e quando atinge o nível de referência a energia potencial é totalmente transformada em energia cinética (fig.8.5). Este é um exemplo de conservação de energia mecânica.

Figura - Queda livre de um objeto

Na ausência de forças dissipativas, a energia mecânica total do sistema se conserva, ocorrendo transformação de energia potencial em cinética e vice-versa. Podemos escrever:

Para qualquer posição em que for calculado a energia mecânica de um sistema, será encontrado sempre o mesmo valor , ou seja, a energia mecânica do sistema permanece constante.