5) Uma caixa d'água, de 5000 L, está preenchida até a metade de seu volume total. A energia potencial gravitacional dessa caixa d’água é de aproximadamente 500 kJ. Qual é a altura dela em relação ao solo?
Soluções para a tarefa
Resposta:
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Energia mecânica é uma grandeza física escalar, medida em joules, de acordo com o SI. Ela equivale à soma das energias cinética e potencial de um sistema físico. Em sistemas conservativos, ou seja, sem atrito, a energia mecânica permanece constante.
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Introdução à energia mecânica
Quando uma partícula dotada de massa move-se livremente pelo espaço, com certa velocidade e sem sofrer a ação de força alguma, dizemos que ela carrega consigo uma quantidade de energia puramente cinética. No entanto, se essa partícula passa a sofrer algum tipo de interação (gravitacional, elétrica, magnética ou elástica, por exemplo), dizemos que ela também é dotada de uma energia potencial.
Energia potencial trata-se, portanto, de uma forma de energia que pode ser estocada ou armazenada; enquanto energia cinética é aquela relativa à velocidade da partícula.
Na imagem, energia cinética e potencial intercambiam-se, enquanto a energia mecânica é constante.
Na imagem, energia cinética e potencial intercambiam-se, enquanto a energia mecânica é constante.
Agora que definimos os conceitos de energia cinética e de energia potencial, podemos compreender com maior clareza do que se trata a energia mecânica: é a totalidade de energia relacionada ao estado de movimento de um corpo.
Veja também: Elementos, fórmulas e principais conceitos relacionados aos circuitos elétricos
Fórmulas da energia mecânica
A fórmula da energia cinética, que relaciona a massa (m) e a velocidade (v) do corpo, é esta, confira:
EC – energia cinética
m – massa
v – velocidade
p – quantidade de movimento
A energia potencial, por sua vez, existe em diferentes formas. As mais comuns, entretanto, são as energias potencial gravitacional e elástica, cujas fórmulas são mostradas a seguir:
k – constante elástica (N/m)
x – deformação
Enquanto a energia potencial gravitacional, como o próprio nome sugere, relaciona-se com a gravidade local e a altura em que um corpo encontra-se em relação ao solo, a energia potencial elástica surge quando algum corpo elástico é deformado, como quando esticamos uma tira de borracha.
Nesse exemplo, toda a energia potencial é “estocada” no elástico, podendo ser acessada posteriormente. Para tanto, basta soltarmos a tira para que toda a energia potencial elástica transforme-se em energia cinética.
A soma dessas duas formas de energia — cinética e potencial — é chamada de energia mecânica:
EM – energia mecânica
EC – energia cinética
EP – energia potencial
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Conservação da energia mecânica
A conservação da energia é um dos princípios da física. De acordo com ele, a quantidade de energia total de um sistema deve conservar-se. Em outras palavras, a energia nunca é perdida ou criada, mas sim convertida em diferentes formas.
Logicamente, o princípio da conservação da energia mecânica deriva do princípio de conservação da energia. Dizemos que a energia mecânica conserva-se quando não há quaisquer forças dissipativas, tais como o atrito ou o arraste do ar, capazes de transformá-la em outras formas de energia, como a térmica.
O atrito entre a caixa e a superfície faz com que parte da energia mecânica transforme-se em calor.
O atrito entre a caixa e a superfície faz com que parte da energia mecânica transforme-se em calor.
Confira exemplos:
Quando uma caixa pesada desliza sobre uma rampa com atrito, parte da energia cinética da caixa é dissipada, e, então, a interface entre a caixa e a rampa sofre um pequeno aumento de temperatura: é como se a energia cinética da caixa estivesse sendo transferida para os átomos da interface, fazendo-os oscilarem mais e mais. O mesmo acontece quando pisamos no freio de um carro: o disco do freio fica cada vez mais quente, até que o carro pare completamente.
Veja também: O que é força de atrito? Confira nosso mapa mental
Em uma situação ideal, em que o movimento ocorre sem a ação de quaisquer forças dissipativas, a energia mecânica será conservada. Imagine uma
Explicação: