Para dar continuidade aos estudos
envolvendo energia, hoje vamos ver alguns conceitos e fórmulas da física
bastante estudados e cobrados na prova de Ciências da Natureza e Suas
Tecnologias do Enem, que são os tipos de energia: cinética, potencial (gravitacional,
elástica e elétrica) e mecânica.
Primeiramente, precisamos entender que
quando não há forças dissipativas envolvidas, ou seja, não há perda de energia
para o ambiente, a energia mecânica do sistema deve se conservar. Para isso, as
energias cinética e potencial se convertem uma à outra, mas conservam o total
(mecânica).
Mecânica = Cinética +
Potencial
Energia Cinética (EC)
É a energia ligada ao movimento, logo,
tem relação direta com a velocidade do objeto. Ou seja, um corpo parado nunca
apresentará energia cinética!
Sendo m = massa (kg) e v = velocidade
(m/s).
É a energia que tem potência para
entrar em movimento. A energia potencial vai diminuir na mesma proporção que a
cinética aumentar, e vice-versa. Ou seja, conforme aumenta o movimento, diminui
o potencial para o movimento. Vamos ver separadamente cada uma delas.
Energia Potencial
Gravitacional (EPG)
Como o nome diz, está ligada à
gravidade. Para haver a força da gravidade sobre um objeto, é necessário que
ele esteja à alguma altura do chão. Lembre-se: algo que está “no alto”, cai
pela ação da gravidade, ou seja, tem potencial para cair.
Sendo m = massa (kg) , g = a aceleração
da gravidade (10m/s²) e h = altura do objeto ao chão (m).
Energia Potencial
Elástica (EPE)
É a energia ligada à elasticidade.
Pense assim: quando você estica uma mola, o que acontece? Ela ganha “potência”
para entrar em movimento. Você esticou e ao soltar, a mola “sozinha” entra em
movimento.
Sendo k = constante elástica do
material, geralmente fornecido no enunciado das questões e x = deformação
sofrida pelo material (o tanto que contraiu ou esticou).
Energia Potencial
Elétrica (EPEle)
Cargas elétricas também são fontes de
energia potencial. A expressão utilizada é:
Sendo k = constante eletrostática
(9.10^9 N.m²/C²), Q e q = cargas elétricas (C) e d = distância entre as cargas
(m).
Vale lembrar que a unidade de medida de
energia é Joule.
Para fixar os conceitos apresentados
acima, vamos ver a resolução de uma questão que caiu no Enem 2011 sobre o
assunto?
Enem 2011 – Caderno
Amarelo – Questão 85
Uma das modalidades presentes nas
olimpíadas é o salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta estão
representadas na figura:
Desprezando-se as forças dissipativas
(resistência do ar e atrito), para que o salto atinja a maior altura possível,
ou seja, o máximo de energia seja conservada, é necessário que
a) a energia cinética, representada na
etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica representada
na etapa IV.
b) a energia cinética, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV.
c) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III.
d) a energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV.
e) a energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III.
b) a energia cinética, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV.
c) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III.
d) a energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV.
e) a energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III.
RESOLUÇÃO E
COMENTÁRIOS
Alternativa C
Para esta questão vamos relembrar
quatro conceitos:
Energia Cinética: onde a manifestação
pode ser observada através da velocidade v de um corpo
de massa m através da relação:
Energia Potencial gravitacional: onde a
manifestação pode ser observada através da altura h de
um corpo de massa m em relação a um referencial ao qual
está submetido à ação da aceleração da gravidade:
Energia Potencial elástica: onde a
manifestação pode ser observada através da deformação x de
uma mola de constante elástica k:
Sistema Conservativo: é aquela onde, se
todas as forças que nele atuam são conservativas, a soma das energias cinética
e potencial é constante.
De acordo com estes conceitos, vamos
analisar, da passagem de uma etapa para outra, quais energias
envolvidas foram transformadas:
envolvidas foram transformadas:
Etapa I para Etapa
II:
Durante a Etapa I, o garoto correndo possui energia cinética. Já na Etapa II ele irá tencionar a vara. Deste modo a energia cinética será transformada em energia potencial elástica.
Durante a Etapa I, o garoto correndo possui energia cinética. Já na Etapa II ele irá tencionar a vara. Deste modo a energia cinética será transformada em energia potencial elástica.
Etapa II para Etapa
III:
Na Etapa III, o garoto adquiriu altura em decorrência da deformação negativa da vara. Em outras palavras, a energia potencial elástica adquirida pela vara será devolvida ao garoto na forma de energia potencial gravitacional.
Na Etapa III, o garoto adquiriu altura em decorrência da deformação negativa da vara. Em outras palavras, a energia potencial elástica adquirida pela vara será devolvida ao garoto na forma de energia potencial gravitacional.
Etapa III para IV:
Na Etapa IV, o garoto, ao liberar a vara, caiu no colchão. Ou seja, a energia potencial gravitacional adquirida na etapa anterior se transforma novamente em energia cinética até que o garoto toque o colchão.
Na Etapa IV, o garoto, ao liberar a vara, caiu no colchão. Ou seja, a energia potencial gravitacional adquirida na etapa anterior se transforma novamente em energia cinética até que o garoto toque o colchão.
Logo, a única alternativa que descreve
corretamente cada etapa com sua respectiva energia envolvida é a letra C.
Comentário: Uma questão
bastante interessante onde relaciona os conceitos de energia cinética e
potencial com a modalidade olímpica de salto com vara. É evidente que o aluno,
para resolver esta questão, possua conhecimentos mínimos sobre o assunto.
Porém, mais uma vez, a análise das alternativas e através da eliminação seria
possível o aluno chegar à resposta correta.
Conteúdo envolvido: Energia
Mecânica.
Ufa, que resolução! As
explicações acima foram realizadas pelos professores Felipe Magalhães e
Fernando Buglia, ambos graduados em Física pela UNICAMP.Postado em: https://www.infoenem.com.br
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