Energia mecânica

Explicamos o que é energia mecânica e como pode ser classificada. Além disso, exemplos e energia mecânica potencial e cinética.

A energia mecânica envolve a energia cinética, elástica e potencial de um objeto.

O que é energia mecânica?

A energia mecânica  é a soma da energia cinética e da energia potencial de um corpo ou sistema . Energia cinética é a energia que os corpos possuem em movimento , pois depende de suas velocidades e de suas massas. Já a energia potencial está associada ao trabalho de forças denominadas conservadoras, como as forças elástica e gravitacional, que dependem da massa dos corpos e de sua posição e estrutura .

O Princípio de conservação da energia estabelece que a energia mecânica é conservada (permanece constante) desde que as forças que atuam sobre o corpo ou sistema sejam conservadoras, ou seja, não façam com que o sistema perca energia. Este princípio pode ser escrito matematicamente da seguinte forma:

Emec = Ec + Ep = cte

onde  Ec  é a  energia cinética  do sistema e  Ep  sua  energia potencial , que pode ser gravitacional, elástica, elétrica, etc.

Essa relação não se mantém se o sistema é afetado por forças não conservadoras. Por exemplo, no caso de movimentos em superfícies com atrito (como a maioria das superfícies), a energia cinética é dissipada na forma de calor . A energia mecânica de um sistema também pode ser perdida na forma de calor, por exemplo, em sistemas termodinâmicos nos quais a energia mecânica pode ser convertida em energia térmica .

A energia mecânica  é frequentemente utilizada para realizar trabalhos  ou convertê-la em outras formas de energia, como  a energia hidráulica (quando o homem aproveita a energia potencial da queda da água para realizar o trabalho). Outro exemplo é a energia eólica ou energia  das marés , que utiliza a energia cinética do vento e das marés para transformá-las em outro tipo de energia útil.

Veja também: Elasticidade

Tipos de energia mecânica

A energia cinética está relacionada à velocidade e ao deslocamento dos objetos.

A energia mecânica é a soma das seguintes energias:

  • Energia cinética . É a energia que os objetos ou um sistema móvel têm, e isso depende de sua velocidade e massa . Por exemplo: uma bola em movimento.
  • Energia potencial . É a energia associada à posição de um corpo dentro de um campo de força conservador, como gravitacional, elástico, elétrico, etc. Por sua vez, a energia potencial pode ser de dois tipos:
    • Energia potencial gravitacional . É a energia que se deve à ação da  gravidade  sobre os corpos. Por exemplo: um objeto que cai de uma certa altura.
    • Energia potencial elástica . É a energia possuída por sistemas deformados por uma força . A energia permanece no sistema até que a força não seja mais aplicada e assim o sistema retorna à sua forma original, transformando a energia elástica em energia cinética. Por exemplo: uma mola que é esticada ou contraída por meio de uma força externa que, quando não aplicada, permite que a mola volte à sua posição normal, de equilíbrio.

Exemplos de energia mecânica

Alguns exemplos possíveis de energia mecânica em suas diferentes formas são os seguintes:

  • Um carrinho de montanha-russa. Em seu ponto mais alto, o carrinho terá acumulado energia potencial gravitacional suficiente (devido à altura) para cair livremente um segundo depois e convertê-la em energia cinética (devido ao movimento) e atingir velocidades incríveis.
  • Um moinho de vento. A energia cinética do vento fornece um impulso às pás do moinho que se converte em trabalho mecânico: girando a engrenagem que vai moer, abaixar, os grãos.
  • Um pêndulo. A energia potencial gravitacional do  peso  é convertida em energia cinética para fazê-lo se mover ao longo de sua trajetória, conservando a energia mecânica total.
  • Um trampolim . O banhista que salta de um trampolim utiliza o seu peso (energia potencial gravitacional) para deformar o trampolim para baixo (energia potencial elástica) e este, ao recuperar a sua forma, empurra-o para cima aumentando a sua altura (maior potencial gravitacional) que o actua é frequentemente convertido em energia cinética durante a queda livre na água.

Energia cinética e potencial mecânica

Como já foi dito, a energia mecânica  envolve duas energias: cinética e potencial .

O primeiro é calculável pela fórmula simples de  Ec = ½ m. v2  e sua unidade de medida no Sistema Internacional será o Joules (J).

Em vez disso, a energia potencial é a quantidade de energia armazenada no sistema devido à sua configuração particular ou ao seu posicionamento em relação a um campo de forças (gravitacional, elástica ou eletromagnética). Essa energia pode ser convertida em outras formas de energia, como a própria cinética.