Energia Potencial Gravitacional: Teoria e Prática
É chamada de Mecânica Clássica a corrente da física que volta o seu olhar para o movimento e repouso dos corpos, além das energias e forças que atuam sobre eles. É subdividida em estática, dinâmica e cinemática e por tratar de conceitos mais básicos (que servem como pré-requisitos para conhecimentos futuros) é a porta de entrada dos estudantes para a física.
E um dos assuntos abordados nessa introdução ao fascinante universo da física é a Energia Potencial Gravitacional, que é um tipo de energia que pode atuar sobre um corpo, obviamente. Quer saber como acontece essa atuação e qual é a fórmula que a descreve? É mais simples e claro do que você imagina!
O que é Energia Potencial Gravitacional?
Esse tipo de energia é aquele que se origina a partir da interação gravitacional entre o planeta Terra e um corpo que está nele. Ela está ligada com a posição que o objeto ocupa em relação ao referencial previamente estabelecido e, assim como outras formas de energia, pode ser armazenada e transformada. O mais comum é que a Energia Potencial Gravitacional seja convertida em energia cinética, para que o corpo possa se movimentar.
No nome dessa energia aparece a palavra “potencial” justamente por essa característica de ser armazenada. A Energia Potencial Gravitacional é estocada por um objeto quando ele é separado de um outro objeto e, entre eles, há uma atração.
É por isso que essa energia só existe se tiver altura envolvida, ou seja, uma distância para separar esses dois corpos, de modo que um deles possa armazenar Energia Potencial Gravitacional para transformar em energia cinética mais tarde.
Também podemos definir a energia armazenada por um corpo como a sua capacidade de realizar um trabalho.
Quando um objeto é elevado a uma determinada altura, ele acumula essa energia gravitacional e quando libera a energia cinética (após transformar uma em outra), ele tende a voltar para a posição inicial.
Entendendo o conceito na prática
Vamos supor que você tenha uma mesa e, sobre ela, uma bolinha. Esses dois objetos estão se atraindo mutuamente, até que você pega a bolinha na mão e a afasta da mesa, elevando-a a uma altura de um metro, por exemplo. Nesse momento, a bolinha armazenou uma certa quantidade de Energia Potencial Gravitacional.
Imaginemos agora essa mesma bolinha em queda livre (situação hipotética em que a bolinha está caindo sem sofrer nenhum tipo de resistência a esse movimento). No momento em que ela está caindo, está sendo submetida a aceleração gravitacional, vertical e para baixo, pois está sendo atraída em direção ao solo. No planeta Terra, sabemos que a aceleração da gravidade é de aproximadamente 10 m/s².
Quando a bolinha está caindo, sofrendo ação da aceleração gravitacional, a força peso (m. g) está realizando um trabalho sobre ela. Portanto, a Energia Potencial Gravitacional é justamente o trabalho da força peso. A fórmula para obter o valor dessa energia é a seguinte:
EPG = m . g . h
Em que:
m = massa
g = aceleração da gravidade
h = altura (a distância do corpo em relação ao referencial que o está atraindo)
Mas como chegamos a essa fórmula? A Energia Potencial Gravitacional nada mais é do que o trabalho realizado pela força peso, como vimos. Ora: Trabalho = força . deslocamento e, nesse caso, a força é o peso e o deslocamento é a altura. Portanto:
Trabalho = P . h
Trabalho = m . g . h
Trabalho = EPG, logo, EPG = m. g . h
Perceba que a altura é fundamental para que esse tipo de energia possa existir porque se ela for igual a zero, ou seja, se não existir altura, a massa e a gravidade vão ser multiplicadas por zero e o resultado do cálculo será nulo.
Outro ponto que é importante notarmos é que esse tipo de energia é diretamente proporcional com essa altura. Ou seja: quanto maior a altura em que o corpo for colado em relação ao referencial, maior será a energia armazenada por ele.
A partir do momento em que o corpo entra em queda livre, a sua altura vai diminuindo gradativamente. Será que isso significa que a energia está diminuindo? Não, lembre-se de que a energia não se perde, ela apenas se transforma.
Quando o objeto está caindo, a sua energia gravitacional vai se transformando em energia cinética. Ele perde altura, mas ganha velocidade.
Supondo que um objeto de 500 gramas seja solto de uma altura de dois metros. Qual é a energia que ele acumulou?
EPG = m . g . h
EPG = 0,5 . 10 . 2
EPG = 5 . 2
EPG = 10 J.
Os cálculos são simples, mas sempre preste muita atenção no enunciado: ele dará o valor da aceleração a gravidade que você deve considerar. Além disso, é importante transformar todos os dados de acordo com o Sistema Internacional de Unidades, assim, o resultado já estará em Joule e você não terá problemas!
