Conservação da Energia Mecânica


A física, assim como as outras áreas do conhecimento em ciências exatas, é uma das disciplinas em que os alunos mais apresentam dificuldades, independente do ano que cursam. Também pudera, já que a física tem a ambiciosa tarefa de estudar todas as coisas, não somente do planeta Terra, mas também de todo o universo.

No entanto, e como o próprio nome já nos adianta, é uma ciência exata. Desta maneira, quando estivermos estudando física devemos sempre lembrar que, por mais difícil que pareça o raciocínio para chegar até a resposta, sempre há um caminho. E na grande maioria das vezes, este caminho pode ser sintetizado por uma ou um conjunto de fórmulas. Esta linha de pensamento ficará mais nítida conforme formos adentrando no assunto que realmente interessa aqui, isto é, a conservação de energia mecânica.

Conservação da Energia

O conceito 1

De nada adianta decorarmos centenas de fórmulas se não soubermos o conceito que está escondido atrás dessas fórmulas, e não seria diferente com a conservação da energia mecânica. Logo, a primeira pergunta que devemos fazer é: o que é energia mecânica? Ou melhor: o que é energia?

Em relação à energia, o conceito é muito simples: energia é a capacidade de execução de um trabalho. Desta maneira, energia mecânica será a energia gerada por meio do movimento dos corpos ou àquela armazenada em sistemas físicos. Mas se estamos falando de movimento, devemos considerar outras duas energias intimamente ligadas ao conceito de conservação de energia mecânica: a energia cinética e a energia potencial.

Por energia cinética entendemos o tipo de energia ligada ao movimento dos corpos, resultante da transferência de energia que coloca os corpos em movimento. O cálculo da energia cinética é dado pela seguinte fórmula: Ec = m.v²/2, onde m é igual massa do corpo e v é igual a velocidade do corpo.

Já a energia potencial é a energia armazenada em determinado sistema físico e que tem o POTENCIAL de se transformar em energia cinética. Se a energia cinética está ligada ao movimento, a potencial está liga à posição do corpo e sempre será o inverso daquela, ou seja, conforme o corpo perde energia potencial ganha energia elétrica e vice-versa. Há dois tipos de energia potencial: a gravitacional, que ocorre quando há um deslocamento vertical do corpo (tendo o solo como referência); e a elástica, que ocorre quando o corpo sofre deformação (como em uma mola). Trabalharemos aqui com a energia potencial gravitacional, que é dado pela seguinte fórmula: Ep = m.g.h, onde m é igual a massa, g é igual a gravidade (usualmente no valor padrão de 10m/s²) e h é a altura.

Mas qual o motivo para precisarmos desses dois tipos de energia e suas respectivas fórmulas? Simples: porque a conservação de energia mecânica envolve movimento e posições. Aliás, o conceito de conservação de energia mecânica nos diz que durante a trajetória de um corpo do ponto A para o ponto B sua energia mecânica não se altera, isto é, assume o mesmo valor em qualquer lugar do trajeto. Ao valor resultante da soma entre energia potencial e energia cinética damos o nome de energia mecânica.

Antes de partimos para a aplicação prática de tudo o que foi dito até aqui, cabe uma última observação: alguns exercícios de energia mecânica envolvem forças dissipativas, como o atrito e a resistência do ar, enquanto que outros não levam essas forças em consideração. É necessário ficar atento a este fato.

Calcule 2

Um ciclista, cujo peso é de 76Kg, descerá uma encosta de 50m. Calcule sua energia mecânica, considerando que a gravidade é igual a 10m/s².
Bom, a primeira coisa que devemos considerar é que não foi mencionada nenhuma força dissipativa. Outro fator importante é que, apesar do enunciado não mencionar, o ciclista sairá do ponto A (topo da encosta) e chegará ao ponto B (solo). Como a energia mecânica é conservativa, temos que EMa = EMb. Se a energia mecânica é a soma da energia cinética e da energia potencial, temos que ECa + EPa = ECb + EPb. Ora, se lembrarmos de que a energia cinética é relativa ao movimento, não calcule o valor de Eca, pois ele será igual a 0, já que neste ponto o corpo está parado. 0 também será o valor de EPb, pois a posição do corpo em B é nula (h=0). Anulando essas duas energias, teremos que m.g.h = mv²/2. Como há massa é mesma em ambos os lados da igualdade, podemos anulá-las.

Assim, 10.50 = v²/2 >>> v² = 2.10.50 >>> v² = 1.000 >>> v = 31,62.

Para os casos em que há a consideração de energia dissipativa, basta somar esta energia a energia mecânica de B. Assim, a fórmula ficaria da seguinte maneira: EMa = EMb + Ed, sendo que Ed seria a incógnita da fórmula, que é medida ou em Joule ou em Kilojoule (dependerá da unidade de medida adotada em relação aos outros valores).

Agora que você já sabe tudo sobre conservação de energia mecânica, tente resolver alguns exercícios e depois volte aqui para nos contar como foi a experiência.